Development of robotic technologies and spm techniques to perform novel nanocharacterization experiments in cell and molecular biology
- Autores: Jorge Otero Díaz
- Directores de la Tesis: Manel Puig Vidal (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alicia Casals (presid.), Adriana Gil Gil (secret.), Simon Scheuring (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El principal objetivo conseguido en este trabajo de tesis es el desarrollo de una estación multi-herramienta de nanobiocaractertización basada en nanoherramientas self-sensing y la demostración de sus posibilidades en experimentos de biología molecular y celular. Del análisis de las principales limitaciones de las técnicas estándar y del estado del arte de las tecnologías nanorobóticas, se ha demostrado que una estación multi-herramienta puede aportar soluciones en numerosos experimentos, pero no existe el instrumento optimizado ni las nanoherramientas adecuadas para trabajar con muestras biológicas de forma eficiente. El trabajo se ha centrado, entonces, en el desarrollo de una estación orientada a los experimentos biológicos a realizar.
La estación desarrollada es una plataforma robótica de 20 grados de libertad, se han implementado dos robots combinando motores paso a paso y actuadores piezoeléctricos; la muestra se monta en un scanner piezoeléctrico tubular. Los robots se pueden equipar con diferentes nanoherramientas. El estudio de les características de los cantilevers piezoresistivos como nanoherramienta muestra que las frecuencias de interés en los experimentos son muy bajas y el ruido 1/f hace que los sensores tengan poca resolución. se ha propuesto una solución basada en una electrónica específica para trabajar a frecuencias más altas, con una reducción del ruido de hasta un factor 4, llegando a una resolución en fuerza de SnN. Como alternativa para trabajar en medio líquido, se han desarrollado nanoherramientas basadas en una fibra afilada químicamente y un resonador de cuarzo del tipo tuning fork. También se ha desarrollado una electrónica específica para trabajar con la máxima SNR con estos sensores y para realizar un control en lazo cerrado de su factor de calidad y su amplitud de oscilación. Dado que dichos parámetros determinan la constante de muelle efectiva del sensor, con la electrónica desarrollada es posible ajustar la sensibilidad de la nanoherramienta en función de la muestra de estudio. También se han presentado las posibilidades de la nanoherramienta para medir las propiedades nanomecánicas de la muestra. En cuanto al sistema de control de la estación, se han presentado las estrategias más eficaces para coordinar los robots, tanto en el rango micro (utilizando el microscopio óptico) como en el rango nano (utilitzando las propias nanoherramientas de los robots). Con dicho procedimiento es posible utilizar una herramienta específica para cada una de las medidas a realizar con la estación. Los resultados obtenidos en experimentos biológicos son prometedores y muestran las posibilidades de las tecnologías desarrolladas en este trabajo de tesis. Las nuevas estrategias de control presentadas permiten una reducción del 75% del tiempo de adquisición de imágenes de bacterias Eschercichia Coli: dado que su desarrollo es únicamente debido a la mejora en el lazo de control, puede ser aplicado a cualquier microscopio. Las posibilidades de la estación en experimentos multipunta se ha mostrado haciendo imágenes de bacterias Escherichia Coli con la nanoherramienta tuning fork i midiendo la elasticidad de las mismas con el cantilever piezoresistivo: para nuestro conocimiento, es el primer setup experimental en nanobiocaracterizaclón basada en SPM dónde se utiliza una herramienta específica para cada tipo de medida en el experimento. Finalmente, las propiedades mecánicas de biofilms de Pseudomonas Aureginosa se han medido tanto con un sensor AFM como con una de las nanoherramietas tuning fork desarrolladas: los resultados son comparables, hecho que constata la posibilidad de utilizar el sensor basado en resonadores de cuarzo para la medida de las propiedades nanomecánicas de muestras biológicas.
