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Nota 

Shimadzu y la Nanotecnología

La aplicación de MEMS en análisis y mediciones a escala de nanolitros o picolitros permite incrementar el rendimiento del instrumento analítico y la exactitud de separación en aplicaciones energéticas, ambientales y médicas. La compañía Shimadzu, cuya principal actividad está orientada a los instrumentos analíticos y de medición, los sistemas medicinales, y el equipamiento industrial y de aviación, está expandiendo su catálogo de productos hacia el campo de la nanotecnología. El término “nanotecnología” se refiere a la tecnología destinada a ejercer un control total sobre las sustancias en la escala del nanómetro (1 nanómetro = 10<sup>-9</sup> metros), con el objeto de producir materiales y dispositivos capaces de ofrecer nuevas posibilidades.

Shimadzu SPM-9600

Shimadzu ha realizado importantes contribuciones en el desarrollo del campo de la nanotecnología, proporcionando instrumentos y aplicaciones para evaluar estos materiales y dispositivos. Un ejemplo de instrumento que permite manipular el material de la nanoescala es el microscopio de barrido por sonda (SPM), capaz de llevar a cabo observaciones a nivel atómico de imágenes tridimensionales barriendo superficies de muestras utilizando una sonda diminuta, lo que permite medir incluso las propiedades locales de las muestras. Shimadzu también ha desarrollado un instrumento (el IG-1000) capaz de medir el diámetro de nanopartículas utilizando su novedoso método de red de difracción inducida (IG, del inglés “induced grating”). Este instrumento se utiliza en diversos campos de la investigación de nanopartículas, como el de semiconductores y materiales electrónicos, el de materiales de pilas de combustibles, y el de productos farmacéuticos y cosméticos.
Shimadzu ofrece también diversos instrumentos analíticos que permiten realizar una evaluación de nanotubos de carbono (CNTs), fulerenos, y otros materiales con base de carbono. Entre ellos se cuentan instrumentos de análisis térmico (termogravímetros) para evaluar la pureza de los CNTs, cromatógrafos de gases-espectrómetros de masas (GCMS) para medir los componentes gaseosos liberados, espectrofotómetros (UV) para evaluar la distribución de quiralidad, instrumentos de medición de fotoluminiscencia, y espectrómetros de fotones de rayos-X (XPS) para analizar el estado químico de las superficies de las sustancias.
Además, el alcance de la aplicación de los dispositivos de inkjet se encuentra en expansión: no sólo se utilizan en impresoras, sino también en los filtros de color de los televisores LCD, en placas de circuitos impresos, en materiales de sellado, en las sustancias fosforescentes de las pantallas de plasma, y en electrónica orgánica. Un aspecto importante de la tecnología de inkjet es el control de gotas y salpicaduras. Puesto que las gotas de inkjet son de unos pocos picolitros y se descargan a gran velocidad, para observarlas se necesita una filmación ultra-veloz, del orden del millón de cuadros por segundo. La cámara de video de alta velocidad HPV-2, desarrollada por Shimadzu, es la única cámara capaz de observar la trayectoria de las gotas de inkjet.

Aplicación de MEMS para producir un componente crítico de los instrumentos analíticos del futuro

MultiNA: Sistema de electroforesis para análisis de ADN/ARN

De acuerdo con Hiroaki Nakanishi, Gerente general de I+D en el Laboratorio de Investigación Tecnológica de Shimadzu, el laboratorio aplica tecnología MEMS (sistemas microelectromecánicos) en la investigación y el desarrollo de µTAS (sistemas analíticos integrales miniatutizados, del inglés "micro total analytical systems") para manipular líquidos de un volumen infinitesimal que va de picolitros a nanolitros, y para aplicarlos a futuros instrumentos analíticos y de medición (Fig. 1). En la tecnología MEMS se utilizan técnicas de fabricación de semiconductores para formar canales de flujo sub-micrométricos.
Una parte de esta tecnología ya se ha aplicado prácticamente en el sistema de electroforesis por microchip MultiNA MCE-202, que puede realizar en forma rápida y sencilla una confirmación del tamaño y una cuantificación preliminar de muestras de ADN y ARN. El MCE-202 MultiNA utiliza chips electroforéticos de cuarzo producidos gracias a la tecnología µTAS. Shimadzu también ofrece el secuenciador de ADN DeNOVA-5000HT BioMEMS, un instrumento que utiliza un gran plato de vidrio con 384 canales de flujo y cavidades de reservorio formados gracias a la tecnología MEMS para hacer posible una decodificación de un máximo de cuatro millones de pares de bases (un par de bases es una unidad de medida de la longitud de un segmento de ADN) por día.

Figura 1


Aplicación de la tecnología µTAS para producir columnas para la cromatografía de gases

Shimadzu también se encuentra actualmente desarrollando columnas para la cromatografía de gases utilizando la tecnología µTAS. La cromatografía de gases analiza los componentes de un gas canalizándolo junto con un gas portador dentro de una columna de separación. El gas se introduce por una entrada y pasa por un medidor de flujo para entrar en un tubo estrecho llamado columna, donde se separan sus componentes. La salida desemboca en dispositivos tales como un detector de conductividad térmica, que utiliza las diferencias en la conductividad térmica de la sustancia.
Como participante del proyecto Desarrollo de sistemas y tecnología para mediciones y análisis avanzados (un proyecto nacional de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología), en un esfuerzo conjunto con otras compañías Shimadzu ha desarrollado un sistema de micro-cromatografía de gases destinado al análisis medioambiental in situ. En este proyecto, Shimadzu produjo una columna utilizando la tecnología MEMS para formar sobre un substrato de silicona de tres pulgadas un tubo diminuto largo y delgado, de 50 a 200 micrómetros de ancho, de 100 micrómetros de profundidad, y de 8,56 metros de largo (Fig. 2). Cuanto más larga es la columna, mayor es la resolución de la detección. Después de formado el canal, se cubrió el substrato con vidrio Pyrex, y a su vez el vidrio se unió a la silicona por medio de una unión anódica.

Figura 2


Desarrollo de supresores de cromatografía de intercambio iónico

La cromatografía de intercambio iónico es una clase de cromatografía líquida utilizada para separar y medir iones en muestras líquidas. Participando del proyecto Desarrollo y aplicación práctica de instrumentos analíticos avanzados (impulsado por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria), Shimadzu utilizó la tecnología MEMS para desarrollar supresores. En la cromatografía de intercambio iónico, los iones eluídos de una columna de separación se miden utilizando un medidor de conductividad. Los iones contenidos en el eluyente actúan como ruido de fondo, y el componente que remueve estos iones es el supresor.
Este proyecto nacional concluye en 2009. Puesto que se trata de un proyecto nacional llevado a cabo con el propósito de promover la comercialización de los resultados, Nakanishi quiere seguir adelante con la comercialización. Desearía mejorar el rendimiento en la cromatografía de gases y en la cromatografía líquida por medio del desarrollo de dispositivos que puedan utilizarse en los instrumentos de la próxima generación.

También las placas de Petri son viables
Shimadzu también se encuentra actualmente desarrollando dispositivos analíticos basados en la tecnología MEMS con aplicaciones biológicas. Para examinar la respuesta de las células a los estímulos externos, la compañía ha podido diseñar placas de Petri ultra-pequeñas gracias a la tecnología MEMS. Si las placas de Petri son muy pequeñas, pueden realizarse experimentos biológicos utilizando cantidades mínimas de reactivos. Por ejemplo, si existen tan sólo 1000 células de muestra, la producción de micro-placas permite llevar a cabo simultáneamente 100 experimentos bajo diferentes condiciones experimentales.
Nakanishi anticipa que los microfluidos MEMS encajarán bien con los instrumentos analíticos y de medición de Shimadzu, que también se centra en los campos energéticos, ambientales y medicinales. La compañía apunta a apoyar las actividades de investigación y desarrollo que apuntan a resolver problemas energéticos, ambientales y de salud, tanto como busca contribuir a la creación de nuevas industrias participando en la comercialización global de dispositivos analíticos que utilizan microfluidos MEMS.

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