ES2211538T3 - Silicio poroso modificado. - Google Patents

Abstract

Silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

Description

Silicio poroso modificado.

Esta invención se refiere a silicio poroso modificado, a biomaterial que comprende silicio poroso modificado y a aplicaciones de dicho biomaterial.

En la presente memoria se define un biomaterial como un material no viviente usado en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. Esto significa que el biomaterial interacciona con el medio biológico en el que se introduce. Dichos biomateriales pueden ser bioinertes, bioactivos o reabsorbibles, dependiendo de su interacción con el tejido vivo del cuerpo humano o animal. Un biomaterial relativamente bioinerte, como titanio, sufre corrosión mínima y encapsulación fibrosa mínima por el tejido circundante. Un biomaterial bioactivo, como Bioglass®, sufre corrosión y estimula con ello el crecimiento del tejido sobre su superficie. Un biomaterial reabsorbible, como una polilactida, sufre corrosión continua suficiente para ser disuelto completamente en el cuerpo en un período de tiempo.

A grados variables, la viabilidad práctica de la mayoría de los dispositivos y estructuras biomédicas (esto es, dispositivos y estructuras usadas en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal) dependerá de factores tales como estabilidad de su biomaterial constituyente y de las interacciones entre la superficie del biomaterial y el medio biológico del cuerpo en o sobre el que está colocado el dispositivo. En algunas aplicaciones (por ejemplo, prótesis reconstructivas, curación de heridas, integración de biochips, aporte de fármacos) es deseable la corrosión del biomaterial. El grado de la corrosión deseada dependerá de la aplicación específica, pero en muchas es deseable que el biomaterial sea sustancialmente estable en su entorno, esto es, que la corrosión tenga lugar en un período largo de tiempo. En otras aplicaciones (por ejemplo, biodetección, biofiltración, formación de neuroconexiones) se necesita una interfaz estable entre el biomaterial y su entorno, esto es, es deseable que haya poca o preferiblemente ninguna corrosión del biomaterial. En aplicaciones de filtración en particular, también se requiere que el biomaterial sea poroso, frecuentemente muy poroso. Frecuentemente los requisitos de estabilidad y porosidad son contrapuestos: cuando un material se hace más poroso, frecuentemente su estabilidad puede disminuir.

La siguiente técnica anterior puede estar relacionada con la presente invención: Adv. Mater., vol. 11, nº 18, diciembre de 1999; Chem. Commun., vol. 12, junio de 1999; Langmuir, vol. 15, nº 11, junio de 1999; J. Am. Chem. Soc., vol. 121, nº 34, septiembre de 1999; J. Am. Chem. Soc., 120, 1998, pág. 1.339-1.340; J. Am. Chem. Soc., vol. 118, 1996, pág. 7.225-7.226; J. Am. Chem. Soc., vol. 120, 1998, pág. 12.108-12.116; WO 97/06101; Science, vol. 278, 1997, pág. 840-843; Thin Solid Films, 297, 1997, ix-x; Advanced Materials, vol. 8, nº 10, 1996, pág. 847- 849; Advanced Materials, vol. 8, nº 10, 1996, pág. 850-852; Advanced Materials, vol. 7, nº 12, 1995, pág. 1.033-1.037; Thin Solid Films, vol. 297, 1997, pág. 304-307; Advanced Materials, vol. 11, nº 3, febrero de 1999, pág. 265-267; y patentes US 5.763.399 y GB 2.303.847.

Durante muchos años no se ha considerado al silicio como biomaterial viable debido a su bioincompatibilidad percibida. Recientemente se ha demostrado que introduciendo niveles variables de porosidad en el silicio se puede incrementar su biocompatibilidad. El silicio poroso, aunque biocompatible en algunos medios biológicos, no es estable en cuerpos de seres vivos humanos o animales o en simulaciones de los mismos. Tiene lugar corrosión en días o incluso en horas. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, hay muchas aplicaciones en las que se desea estabilidad o por lo menos estabilidad sustancial de un biomaterial.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

El silicio poroso modificado puede ser silicio mesoporoso modificado.

El silicio poroso modificado puede tener una composición y estructura tales que la velocidad de corrosión del silicio mesoporoso modificado en plasma humano artificial (PHA) es un factor de por lo menos dos órdenes de magnitud menor que la del silicio mesoporoso no modificado.

La porosidad del silicio poroso modificado puede ser por lo menos 5%.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un biomaterial que comprende silicio poroso modificado.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo biomédico que comprende silicio poroso modificado.

Para evitar dudas, el silicio poroso modificado debe ser considerado como silicio poroso que tiene un capa sustancialmente monomolecular que está unida covalentemente a por lo menos parte de su superficie. La superficie del silicio poroso incluye la superficie de los poros. Como es bien sabido, silicio poroso es silicio en el que se han formado poros por anodización, ataque químico o ataque fotoquímico en soluciones basadas en HF. El silicio poroso fabricado de esta manera tiene una porosidad mayor que 0,1% y más típicamente mayor que 1%.

Se ha encontrado que la modificación del silicio poroso incrementa su estabilidad.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de biofiltración, destinado para funcionar en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal, que comprende uno o más filtros de silicio poroso modificado, comprendiendo el o cada uno de los filtros silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

El o cada uno o algunos de los filtros actúan preferiblemente como tamices moleculares. Preferiblemente permiten que algunas moléculas, por ejemplo, nutrientes y productos de desecho, pasen a través de ellos pero impiden que lo hagan otras moléculas, por ejemplo, componentes del sistema inmunitario, como macrófagos y moléculas de inmunoglobulina. El tamaño de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros determina preferiblemente las moléculas que pasan a través de aquellos. El diámetro de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros puede estar en el intervalo de 15-50 nm. El o cada uno o algunos de los filtros pueden tener un espesor de unos pocos micrómetros. La porosidad del o de cada uno o de algunos de los filtros es preferiblemente por lo menos 5% y puede ser 10% o 15% o más.

El dispositivo de biofiltración puede formar parte de un sistema de varios elementos. El dispositivo de varios elementos se puede destinar para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal. El dispositivo de varios elementos puede ser un biosensor. El biosensor se puede destinar para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal. El biosensor puede seguir una o más funciones fisiológicas del cuerpo. El biosensor puede seguir uno o más aspectos de uno o más fluidos corporales. El biosensor puede seguir niveles de glucosa y/o niveles de ion litio y/o niveles de potasio y/o alcohol en el cuerpo.

De acuerdo con un quinto aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de inmunoaislamiento, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende un dispositivo de biofiltración destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende uno o más filtros de silicio poroso modificado, comprendiendo el o cada uno de los filtros silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal, caracterizado porque el dispositivo de biofiltración está construido de tal manera que, cuando el dispositivo de inmunoaislamiento está funcionando en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, por lo menos uno de los filtros de silicio poroso modificado excluye del sistema de inmunoaislamiento por lo menos algunas moléculas del sistema inmunitario.

El sistema de inmunoaislamiento puede comprender una cápsula de silicio, cuyo espesor es preferiblemente menor o igual que 500 \mum. El sistema de inmunoaislamiento, y preferiblemente la cápsula, pueden estar provistos de uno o más filtros de silicio poroso modificado. El silicio poroso modificado puede ser silicio mesoporoso modificado. Preferiblemente el o cada uno o algunos de los filtros excluyen del dispositivo por lo menos algunas moléculas del sistema inmunitario. Dichas moléculas pueden ser, por ejemplo, macrófagos y moléculas de inmunoglobulina. Preferiblemente el o cada uno o algunos de los filtros permiten que entren y salgan del dispositivo moléculas que no son del sistema inmunitario. Dichas moléculas pueden ser, por ejemplo, nutrientes y productos de desecho. El tamaño de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros determina preferiblemente las moléculas que pasan a través de estos. El diámetro de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros está preferiblemente en el intervalo de 15-50 nm. El o cada uno o algunos de los filtros pueden ser producidos por anodización de una o más partes de la cápsula. El o cada uno o algunos de los filtros pueden tener un espesor de algunos micrómetros. La porosidad del o de cada uno o de algunos de los filtros es preferiblemente por lo menos 5% y puede ser 10% o 15% o más.

Se pueden colocar células en el dispositivo, para aislarlas de componentes del sistema inmunitario, y pueden ser cultivadas sobre la superficie interior de cada uno o de algunos de los filtros de silicio poroso modificado. Dichas células pueden ser células que segregan insulina (islotes de Langerhans), células de riñón de crías de hámsteres que liberan factor neurotrófico ciliar para tratamiento de la esclerosis lateral amiotrófica y células de cromafín adrenal bovino para tratamiento de dolor intratable. En este caso, preferiblemente el tamaño de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros es lo suficientemente grande para permitir que nutrientes de las células se difundan hacia el interior del dispositivo y que productos de desecho e insulina se difundan hacia fuera del dispositivo, pero tienen una distribución de tamaños tal que excluyen del dispositivo todas las células y proteínas específicas del sistema inmunitario.

De acuerdo con un sexto aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de una batería, destinado a funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende una fuente de energía y un sistema de biofiltración, destinado a funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende uno o más filtros de silicio poroso modificado, comprendiendo el o cada uno de los filtros silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

La fuente de energía puede comprender uno o más organismos bioluminiscentes que emiten luz. El o cada uno o algunos de los organismos pueden ser microorganismos modificados genéticamente con proteína fluorescente verde. Ésta produce preferiblemente rendimientos altos de cuantos (mayores que 50%) y energía eléctrica suficiente para accionar transistores CMOS. El o cada uno o algunos de los organismos pueden contener enzimas luciferasas que generan luz de 560 nm en presencia de ATP, Mg^{2+}, oxígeno y luciferina. Preferiblemente, los fluidos corporales que contienen nutrientes, como glucosa, proporcionan energía continua para los organismos. El dispositivo de la batería puede comprender uno o más fotodetectores, como uniones p-n o uniones p-i-n. Estos pueden convertir la luz generada por el o cada uno o algunos de los organismos en energía eléctrica. El o cada uno o algunos de los fotodetectores se pueden usar junto con uno o más espejos, para aumentar la eficiencia de la recogida de luz.

La fuente de energía puede ser una fuente de energía electroquímica. Ésta puede comprender por lo menos un par de electrodos. La energía puede ser generada por transferencia de electrones a y desde los electrodos. El o cada par de electrodos pueden comprender metales diferentes, por ejemplo, aluminio y plata. Dicha fuente genera preferiblemente por lo menos 0,8 V. El o cada par de electrodos pueden ir provistos de una enzima acoplada a uno de los electrodos. La enzima puede ser glucosa oxidasa. Preferiblemente se suministra a la batería glucosa, que reacciona con la glucosa oxidasa produciendo peróxido de hidrógeno que, a su vez, reacciona con el otro electrodo originando una transferencia de electrones entre los electrodos. Dicha fuente genera preferiblemente por lo menos 2 V.

El dispositivo de la batería puede comprender una caja de silicio. El dispositivo de la batería, y preferiblemente la caja, pueden ir provistos de uno o más filtros de silicio poroso modificado. El silicio poroso modificado puede ser silicio mesoporoso modificado. Preferiblemente el o cada uno o algunos de los filtros excluyen del dispositivo de la batería sustancias perjudiciales para la fuente de energía. Dichas sustancias pueden incluir moléculas del sistema inmunitario, proteínas y enzimas. El o cada uno o algunos de los filtros permiten preferiblemente que entren en el dispositivo de la batería sustancias beneficiosas para la fuente de energía. Dichas sustancias pueden incluir nutrientes, como glucosa y agua, y productos de desecho. El o cada uno o algunos de los filtros permiten preferiblemente que salgan del dispositivo de la batería sustancias producidas por la fuente de energía. Dichas sustancias pueden incluir productos de desecho. El tamaño de los poros del o de cada uno o de algunos de los filtros determina preferiblemente las sustancias que pasan a través de estos. El diámetro de los poros del o de cada uno de algunos de los filtros está preferiblemente en el intervalo de 15-50 nm. El o cada uno o algunos de los filtros pueden ser producidos por anodización de una o más partes del dispositivo de la batería, preferiblemente de la caja de silicio. El o cada uno o algunos de los filtros pueden tener un espesor de algunos micrómetros. La porosidad del o de cada uno o de algunos de los filtros es preferiblemente por lo menos 5% y puede ser 10% o 15% o más.

El dispositivo de la batería puede proporcionar energía a uno o más dispositivos. Los dispositivos se pueden destinar para uso en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal o in vitro. Se pueden proporcionar conexiones eléctricas entre el dispositivo de la batería y el o cada uno de los dispositivos. El o cada uno o algunos de los dispositivos pueden ser dispositivos de aporte de fármacos microfluidos, biosensores, dispositivos de estimulación de nervios, dispositivos de identificación/marcaje.

De acuerdo con un séptimo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo óptico, destinado a funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende un espejo de muchas capas y que comprende una pila de capas alternas de silicio poroso modificado que tiene una primera porosidad y un primer índice de refracción y de silicio poroso modificado que tiene una segunda porosidad y un segundo índice de refracción que es mayor que el primer índice de refracción, teniendo el silicio poroso modificado una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

Los rayos láser, y los dispositivos ópticos en general, están siendo cada vez más utilizados en Medicina para diagnósticos no invasivos/mínimamente invasivos y tratamientos terapéuticos. Ejemplos bien conocidos incluyen oximetría de impulsos para seguir el nivel de oxigenación de la sangre, endoscopias de fluorescencia para detección de cánceres, terapia fotodinámica, espectroscopias no invasivas para seguimiento de la glucosa, etc. Un problema significativo de todas las técnicas de diagnósticos ópticos es el control/cuantificación de la longitud del recorrido que la luz procedente de la fuente que se está usando ha realizado in vivo antes de su detección. Un problema significativo de técnicas tales como la terapia fotodinámica es la minimización del daño a tejidos sanos que rodean al sitio canceroso que está siendo tratado. Ambos problemas se originan por las propiedades ópticas no homogéneas y muy dispersantes de los tejidos.

El dispositivo se puede destinar para ser usado junto con una fuente de luz. El dispositivo controla preferiblemente la longitud del recorrido de la luz procedente de la fuente. Esto se puede conseguir colocando estratégicamente el dispositivo en el cuerpo.

El dispositivo óptico puede comprender una estructura de reflectancia alta, preferiblemente mayor que 95%. El dispositivo óptico puede comprender un espejo de muchas capas. El espejo de muchas capas puede consistir en una pila de capas alternas de silicio poroso modificado que tiene una primera porosidad y un primer índice de refracción y de silicio poroso modificado que tiene una segunda porosidad y un segundo índice de refracción que es mayor que el primer índice de refracción. La porosidad puede ser inversamente proporcionar al índice de refracción. La primera porosidad puede tener un valor en la región del 40% y la segunda porosidad puede tener un valor en la región del 90%. La primera porosidad puede tener un valor en la región del 50% y la segunda porosidad puede tener un valor en la región del 71%. Las capas de silicio tienen preferiblemente un espesor en la región de un cuarto de la longitud de onda de la luz que incide sobre ellas. El espesor de las capas está preferiblemente en la región de 50-1.000 nm. Si la luz que incide sobre las capas está en la región azul del espectro visible, esto es, tiene una longitud de onda de aproximadamente 400 nm, el espesor de las capas está preferiblemente en la región de 100 nm. Si la luz está en el espectro del infrarrojo próximo, esto es, tiene una longitud de onda de aproximadamente 2 \mum, el espesor de las capas está preferiblemente en la región de 500 nm. Cuando la luz que incide sobre el espejo está en los espectros visible o del infrarrojo próximo, los índices de refracción de las capas están preferiblemente en la región de 1,3-3,5. La reflectancia del espejo es preferiblemente alta (por ejemplo, mayor que 95%) en una longitud de onda simple o en un intervalo de longitudes de onda que corresponden a la longitud de onda o longitudes de onda de la luz que incide sobre el espejo. Esto se denomina banda de detención del espejo. La posición y anchura de la longitud de onda de la banda de detención se controlan preferiblemente por el diseño de la pila del espejo, por características tales como las porosidades del silicio usado y por el número y espesor de las capas. La longitud de onda central de la banda de detención [conocida como longitud de onda Bragg (\lambda_{Bragg})] viene dada por la ecuación:

m\lambda_{Bragg} = 2(d_{1}n_{1} + d_{2}n_{2})

en la que m es el orden de la condición de Bragg, d se refiere al espesor de la capa, n al índice de refracción y los subíndices 1 y 2 al primer y al segundo índice de refracción. Los índices de refracción de las capas se pueden elegir de modo que la banda de detención del espejo esté en la región de 700-1.000 nm. Éste es el intervalo espectral en el que un tejido vivo tiene una "ventana óptica". Preferiblemente se consiguen niveles de reflectancia muy altos, preferiblemente mayores que 95%. El uso de silicio poroso modificado en dichos dispositivos ópticos mejora su estabilidad en comparación con la de dispositivos previamente conocidos y proporciona un medio de prolongar su vida útil in vitro o en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. Por ejemplo, los espejos de muchas capas de silicio poroso no modificado se disuelven en pocos días en plasma humano artificial (PHA) mientras que los espejos de capas de silicio poroso modificado pueden ser estables en PHA durante períodos de semanas o meses. Cuando se usa en un cuerpo, preferiblemente el dispositivo óptico se degrada finalmente en el cuerpo. Si no se degrada, entonces tiene que ser eliminado quirúrgicamente cuando ya no se necesite para evitar problemas relacionados con dispositivos implantados permanentemente.

Preferiblemente el dispositivo óptico es hidrófobo, al menos sustancialmente. Esto limita la humectación del dispositivo por fluidos acuosos, por ejemplo, fluidos corporales, que de lo contrario podrían penetrar en el dispositivo causando corrosión, especialmente en su interior. Cualquier corrosión del dispositivo hidrófobo queda limitada entonces a ataque de su superficie.

La reflectancia del espejo puede depender del número capas del espejo. Sin embargo, generalmente la reflectancia no aumenta linealmente con el número de capas sino que se satura, esto es, alcanza un valor máximo después de un número determinado de capas, por ejemplo, diez capas, denominadas capas de saturación. La adición de más capas por encima de este número no incrementa significativamente la reflectancia. El espejo puede comprender un número de capas mayor que el número de capas requerido para saturación de la reflectancia. La luz que incide sobre el espejo interaccionará con las capas de saturación. Las capas por debajo de estas serán inicialmente capas "redundantes" y no contribuirán significativamente a la reflectancia del espejo. Cuando la corrosión del espejo está limitada a ataque de su superficie, cuando se corroen las capas la reflectancia del espejo no quedará afectada significativamente, al menos inicialmente. Esto es debido a que, cuando se elimina una capa por corrosión, una capa antes redundante se convierte en una de las capas de saturación manteniéndose el número de estas capas. Esto continúa hasta que el número de capas caiga por debajo del número requerido para la saturación, empezando entonces a disminuir la reflectancia del espejo. Haciendo que el número de las capas redundantes sea grande en comparación con el número de capas requeridas para la saturación, se puede mantener la reflectancia máxima hasta que el espejo quede corroído finalmente. Si se conoce la velocidad de corrosión, se puede elegir el número de capas redundantes para asegurar que la reflectancia del espejo se mantiene a un máximo durante todo el período en el que necesite que funcione el espejo. La duración del espejo in vitro o en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal antes de su reabsorción puede ser regulada por el número de capas del espejo.

El dispositivo óptico puede ser capaz de unirse a un hueso, in vitro o en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. Esto puede ser debido a la capacidad del silicio poroso modificado de unirse a un hueso. Cuando se usa en un cuerpo vivo, el dispositivo óptico puede ser colocado sobre un hueso, preferiblemente próximo a la piel. El dispositivo óptico puede ser colocado en un sitio subcutáneo. En aplicaciones terapéuticas invasivas, el dispositivo óptico puede formar parte de una cavidad óptica mayor o banco microóptico.

De acuerdo con un octavo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo cardiovascular que comprende silicio poroso modificado.

El dispositivo cardiovascular se puede destinar a funcionar en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal o in vitro. El dispositivo puede estar en contacto directo y probablemente prolongado con sangre. En tal caso, el silicio poroso modificado es preferiblemente hemocompatible y su superficie está preferiblemente adaptada de modo que se evitan coagulación y/o calcificación. Por estudios del tiempo de coagulación de la sangre se sabe que el silicio en masa no modificado es trombogénico.

El silicio poroso modificado tiene preferiblemente uno o más grupos orgánicos acoplados a su superficie. Los grupos orgánicos pueden comprender grupos poliméricos hidrófilos, por ejemplo, poli(óxido de etileno), y/o grupos poliméricos hidrófobos, por ejemplo, poliuretanos. Los grupos poliméricos pueden contener grupos fosfolípidos polares. Se sabe que, en condiciones fisiológicas, dichos grupos orgánicos confieren mejor hemocompatibilidad que el óxido de silicio, el componente normal de la superficie del silicio poroso modificado. Los grupos orgánicos también se pueden elegir por su capacidad de unirse a sustancias, como heparina, albúmina, fosforilcolina u otros agentes biológicos. Los grupos orgánicos también se pueden elegir por su capacidad de favorecer el supercrecimiento de células huéspedes, por ejemplo, el supercrecimiento de células endoteliales (las células que recubren la superficie interior de los vasos sanguíneos). El silicio poroso modificado tiene preferiblemente una matriz de superficie específica/volumen alto en la que se pueden embeber agentes anticalcificación. El uso de silicio poroso modificado minimiza la corrosión, que se sabe es un factor que favorece la calcificación.

De acuerdo con un noveno aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de un microelectrodo, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende una pluralidad de conexiones eléctricas y un microelectrodo que comprende silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

Los microelectrodos biomédicos comerciales usan frecuentemente recubrimientos porosos para mejorar su integración en tejidos y disminuir con ello la impedancia interfacial. Sin embargo, dichos recubrimientos porosos necesitan ser conductores y tener excelente resistencia a la corrosión cuando están bajo polarización eléctrica. Los microelectrodos de silicio poroso no modificado pueden sufrir una corrosión significativa en la mayoría de las condiciones fisiológicas de pH mayor que 7, por ejemplo, tejidos blandos, huesos, músculos y sangre. La aplicación de polarización eléctrica a los electrodos, correspondiente a una carga superficial positiva, acelerará esta degradación. La impedancia aumentará con el tiempo y el desplazamiento de la corriente alterna será también inaceptable. El uso de silicio poroso modificado en la fabricación de dispositivos de microelectrodos intenta mitigar estos problemas.

De acuerdo con un décimo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de curación de heridas que comprende silicio poroso modificado.

El dispositivo de curación de heridas se puede destinar para funcionar en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal o in vitro. El dispositivo de curación de heridas puede comprender microvelcro de silicio poroso modificado. Dicho dispositivo es poroso y también sustancialmente estable in vitro y en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. El dispositivo puede estar impregnado, por ejemplo, con uno o más agentes bioactivos, como antibióticos y/o plata.

De acuerdo con un undécimo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de radioterapia, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende un gránulo formado, al menos parcialmente, de un radioisótopo y silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

La radioterapia es una tratamiento eficaz del cáncer. Se han desarrollado microesferas de vidrio para irradiación in situ. El material radiactivo está embebido en el vidrio, que debe tener velocidades de corrosión muy bajas en fluidos corporales para asegurar que hay una dosis mínima de radiación a órganos vecinos. El uso de silicio poroso modificado para la fabricación de dispositivos de radioterapia asegura buena estabilidad de estos in vitro o en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. El silicio poroso modificado puede ser mecanizado en una diversidad de formas, conformándose el dispositivo para adaptarse a la forma del sitio fisiológico al que se debe acoplar, por ejemplo, un tumor óseo.

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De acuerdo con un undécimo aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de aporte de fármacos que comprende silicio poroso modificado.

El dispositivo de aporte de fármacos se puede destinar para funcionar en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal. Usando silicio poroso modificado se mejora sustancialmente la estabilidad del dispositivo con respecto a la de dispositivos existentes y se mejora preferiblemente la carga del fármaco. El dispositivo puede ser capaz de aporte de muy larga duración (esto es, de muchos meses a años). La modificación también proporciona preferiblemente medios de que una gama de elementos terapéuticos y/o de moléculas de fármacos de peso molecular bajo se unan covalentemente a la superficie interna del silicio poroso modificado. La mejor estabilidad del dispositivo ayuda preferiblemente al control eléctrico de aporte del fármaco. El silicio poroso modificado puede comprender uno o más grupos funcionales unidos a su superficie. Preferiblemente estos grupos funcionales protegen de la corrosión al silicio subyacente. Pueden ser degradables finalmente, por ejemplo, reabsorbibles en condiciones fisiológicas. Preferiblemente se degradan dando productos no tóxicos. Pueden ser polímeros reabsorbibles que se pueden degradar dando CO_{2} y agua después de hidrólisis prolongada.

Preferiblemente el silicio poroso modificado se modifica mediante una técnica que no implica oxidación del silicio. Esta técnica puede originar silicio poroso modificado que tiene terminaciones Si-R, en las que R es uno o más grupos funcionales unidos al silicio mediante enlaces Si-C. El uso de dicha técnica tiene una serie de ventajas. El silicio poroso modificado es más estable que el silicio poroso no modificado. La terminación del silicio mediante enlaces Si-C evita la oxidación del silicio, esto es, la formación de enlaces Si-O en la superficie del silicio. Esto mantiene la naturaleza semiconductora del material, porque el óxido de silicio es un aislante.

Preferiblemente el silicio poroso se modifica por hidrosililación y más preferiblemente por hidrosililación mediada por un ácido de Lewis. El ácido de Lewis puede ser EtAlCl_{2}. Preferiblemente la hidrosililación implica modificación de la superficie del silicio poroso, preferiblemente por hidrosililación de alquinos y/o alquenos que da grupos vinilo y/o alquilo unidos a la superficie del silicio poroso.

Preferiblemente la modificación mejora la estabilidad del silicio poroso bajo condiciones oxidantes. Preferiblemente el silicio poroso modificado es estable en agua aireada hirviente durante preferiblemente por lo menos dos horas. El silicio poroso no modificado sufre oxidación y degradación sustanciales en agua hirviente después de una hora. Preferiblemente el silicio poroso modificado es estable, al menos sustancialmente, en soluciones básicas aireadas hirvientes de KOH acuoso (pH 10) y en soluciones de EtOH/KOH acuoso 25/75 (pH 10) durante una hora. En estas condiciones, el silicio poroso no modificado se disuelve rápidamente.

El silicio poroso se puede subdividir de acuerdo con la naturaleza de la porosidad. El silicio microporoso contiene poros que tienen un diámetro menor que 20 \ring{A}, el silicio mesoporoso contiene poros que tienen un diámetro en el intervalo de 20 a 500 \ring{A} y el silicio macroporoso contiene poros que tienen un diámetro mayor que 500 \ring{A}. El silicio poroso modificado puede ser silicio mesoporoso modificado.

La velocidad de corrosión del silicio mesoporoso modificado en plasma humano artificial es preferiblemente un factor de por lo menos dos órdenes de magnitud menor que la del silicio mesoporoso no modificado.

La porosidad del silicio poroso modificado es preferiblemente por lo menos 5% (esto es, la fracción de huecos o porcentaje de aire puede ser 5%) pero puede ser tan alta como 60% o 70%, 80% o 90%. La estabilidad de dicho material de porosidad alta demuestra que, por primera vez, se pueden conseguir estructuras de porosidad alta que sean (a) no muy oxidadas y por lo tanto de naturaleza semiconductora y (b) relativamente estables en medios fisiológicos. En comparación, el silicio mesoporoso no modificado de porosidad alta (75%) sufre cierto grado de corrosión en condiciones fisiológicas de pH 7 y es reabsorbible in vitro e in vivo. Las películas finas (5-10 \mum de espesor) de dicho silicio poroso no modificado se disuelven en plasma humano artificial después de un día.

De acuerdo con un duodécimo aspecto, la presente invención proporciona un sistema de análisis de corrosión que comprende:

(a) una fuente de radiación electromagénica,

(b) un detector de radiación electromagnética y

(c) medios de procesamiento,

caracterizado porque, cuando se está usando, la fuente está dispuesta de modo que es capaz de irradiar por lo menos un espejo de muchas capas de silicio poroso o de silicio poroso modificado, el detector está dispuesto de modo que es capaz de detectar radiación reflejada del citado por lo menos un espejo y el procesador está dispuesto de modo que es capaz de procesar una señal generada por el citado detector dando información relativa a la corrosión del o de cada espejo.

Por ejemplo, la fuente y el detector pueden formar parte de un espectrómetro para determinar la reflectancia o transmitancia del espejo o espejos. La corrosión puede resultar de la implantación del espejo en un cuerpo humano o animal.

El procesador está dispuesto de modo que es capaz de procesar una señal generada por el citado detector y dar el número de capas presentes en el o en cada espejo.

La corrosión puede originar pérdida del número de capas de las que está formado el espejo. El procesador puede proporcionar información relativa al número de capas que se han perdido o al número de capas que quedan.

Alternativamente el procesador puede ser capaz de procesar una señal generada por el citado detector y dar la cantidad de cualquier sustancia que ha sido erosionada del o de cada espejo.

El espejo puede comprender una sustancia, como un fármaco o un mineral. Cuando el espejo se corroe, la sustancia puede ser liberada en el cuerpo del ser humano o animal. El procesador puede ser capaz de dar información relativa a la cantidad de sustancia que se ha perdido por corrosión o información relativa a la cantidad de sustancia que queda en la parte no corroída del espejo.

El sistema de análisis de corrosión puede comprender además el citado por lo menos un espejo.

A continuación se describirán realizaciones de la invención por medio de un ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una representación esquemática de la modificación de silicio poroso terminado en hidruro mediante una reacción de hidrosililación mediada por un ácido de Lewis de 1-dodecino,

las figuras 2 (a), (b), (c) y (d) muestran imágenes en planta y en sección transversal de microscopia electrónica de barrido (SEM) de silicio poroso no modificado (a, b) antes de su exposición a PHA y de silicio poroso modificado (c, d) después de 4 semanas de inmersión en PHA,

las figuras 3 (a), (b) y (c) muestran imágenes en planta de SEM de la superficie de silicio poroso no modificado después de tiempos variables en PHA [1 hora (a), 5 horas (b) y 70 horas (c)],

las figuras 4 (a), (b) y (c) muestran perfiles de profundidad de espectroscopia de masas de iones secundarios (SIMS) del contenido de oxígeno de (a) silicio poroso modificado antes de su exposición a PHA pero después de 6 semanas de envejecimiento, esto es, almacenamiento en aire, (b) silicio poroso no modificado después de 5 horas de exposición a PHA y (c) silicio poroso modificado después de 4 horas de exposición a PHA,

las figuras 5 (a), (b) y (c) muestran espectros de espectroscopia de infrarrojos con transformada de Fourier (FTIR) de (a) silicio poroso recién modificado, (b) silicio poroso modificado después de 4 semanas en PHA y (c) silicio poroso modificado después de 3 meses en aire ambiente,

las figuras 6 (a) y (b) muestran vistas en planta y en sección transversal de un dispositivo de inmunoaislamiento,

la figura 7 muestra una vista esquemática en sección transversal de una primera realización de un dispositivo de una batería,

la figura 8 muestra una vista esquemática en sección transversal de una segunda realización de un dispositivo de una batería,

la figura 9 muestra una representación esquemática de un espejo de muchas capas,

las figuras 10 (a) y (b) muestran resultados EDAX de espejos de silicio poroso modificado,

la figura 11 muestra el efecto de incubar en PHA un espejo de 80 capas que comprende silicio poroso terminado en dodecenilo,

la figura 12 muestra el efecto de incubar en PHA un espejo de 40 capas que comprende silicio poroso oxidado terminado en dodecilo,

las figuras 13 (a) y (b) muestras espectros de reflectancia de un espejo de 80 capas que comprende silicio poroso oxidado terminado en dodecenilo antes de sumergirlo en PHA,

la figura 14 muestra una predicción teórica de la variación de la reflectancia con el número de capas de silicio poroso modificado,

la figura 15 muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de biofiltración de acuerdo con la invención,

la figura 16 muestra un dispositivo cardiovascular de acuerdo con la invención,

la figura 17(a) muestra un diagrama esquemático de una parte de un dispositivo de curación de heridas de acuerdo con la invención,

la figura 17(b) muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de un microelectrodo de acuerdo con la invención,

la figura 18(a) muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de radioterapia de acuerdo con la invención,

la figura 18(b) muestra una parte de un dispositivo de aporte de fármacos de acuerdo con la invención, y

la figura 19 muestra un sistema de análisis de corrosión de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra una representación esquemática del proceso de modificación en galletas de silicio. Estas son 100 galletas de silicio del tipo p impurificado con boro y con una resistividad de 7,5-8,5 \Omega.cm. Previamente fueron anodizadas galvanostáticamente a 1,7 mA.cm^{-2} en una mezcla 1:1 (volumen) de HF del 48%:C_{2}H_{5}OH durante 5 minutos en la oscuridad dando una única capa de silicio poroso. Esta única capa de silicio poroso tiene una porosidad sustancialmente uniforme por todo su espesor. Después se realizó un lavado con etanol y hexano seco en exceso sin realizar un secado intermedio de las galletas. Después se realizó la modificación usando hidrosililación mediada por un ácido de Lewis (EtAlCl_{2}) para reemplazar la terminación hidruro de silicio de las galletas. La hidrosililación se realizó con 1-dodecino y dio una superficie terminada en dodecenilo. La hidrosililación mediada por el ácido de Lewis se realizó de la siguiente manera:

Se puso en contacto una solución del ácido de Lewis (EtAlCl_{2}) en hexano con la superficie de la muestra recién anodizada de silicio poroso (que comprendía una única capa de porosidad uniforme). Se colocó después 1-dodecino sobre la superficie del silicio poroso y se dejó que transcurriera la correspondiente reacción a una temperatura ambiente de 20ºC durante un período de 1 hora. Después se enfrió rápidamente la muestra con THF, seguido de CH_{2}Cl_{2}. Todo el proceso, desde la aplicación del ácido de Lewis hasta el enfriamiento rápido con CH_{2}Cl_{2}, se realizó en una atmósfera inerte. Después la muestra modificada se lavó con etanol y se secó bajo una corriente de N_{2}.

La superficie resultante se recubre con una monocapa de grupos dodecenilo. Dicho material modificado sólo sufre niveles bajos de oxidación, incluso después de una hora en soluciones básicas hirvientes (pH 10) de KOH acuoso. Para poner esto en contexto, frecuentemente se usan soluciones fuertemente básicas para disolver selectivamente muchos micrómetros de silicio poroso de las galletas en un período de segundos a minutos a temperatura ambiente.

Se ha ensayado la respuesta de dichas galletas a medios fisiológicos (pH 7,3). Se expuso material modificado a PHA y se siguió su grado de corrosión y calcificación por microscopia electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de infrarrojos con transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopia de masas de iones secundarios (SIMS). Se compararon estas galletas con galletas de control de la misma microestructura que no se habían modificado y tenían, por lo tanto, la terminación de hidruro.

Se incubaron las galletas modificadas y las de control a 37ºC durante períodos de hora a semanas en el PHA acelular. La concentración de iones del PHA fue la siguiente:

Iones	Concentración (mM)
Na^{+}	142,0
K^{+}	5,0
Mg^{2+}	1,5
Ca^{2+}	2,5
HCO_{3}^{-}	4,2
HPO_{4}^{2-}	1,0
Cl^{-}	147,8
SO_{4}^{2-}	0,5

Las figuras 2(a) y 2(b) muestran la topografía de la superficie de una galleta de control antes de exponerla a PHA. La capa de silicio poroso de la galleta es relativamente fina (275\pm15 nm en el centro de la superficie anodizada de 155 mm^{2}, aumentando gradualmente a 350\pm15 nm en su circunferencia) y tiene algo de contaminación superficial nanométrica en partículas indicada por flechas. La figura 3(a) revela el rápido incremento de la rugosidad de la superficie del material de control que ocurre después de una exposición de una hora a este medio fisiológico artificial. Después de 5 horas [figura 3(b)] hay evidencia de que ocurre un proceso combinado de disolución-deposición y, después de 70 horas [figura 3(c)], se han eliminado completamente superficies grandes de la galleta de control, teniendo las restantes una apariencia muy rugosa.

Las figuras 2(c) y 2(d) muestran la topografía de la superficie de una galleta modificada después de haber estado
sumergida 4 semanas en PHA. En contraste sorprendente, el espesor de la capa de silicio poroso modificado permaneció esencialmente sin cambios. Mucho del cambio en la topografía de la superficie de la figura 2(c), en comparación con la de la figura 2(a), probablemente es consecuencia de depósitos muy finos de PHA. Parece que la corrosión crateriforme a escala nanométrica está relacionada con partículas superficiales presentes después de la anodización pero anteriores a la modificación. Suponiendo que estas partículas apantallan localmente zonas pequeñas contra la terminación de dodecenilo, que después se vuelven sesgadas, esta forma de corrosión no es intrínseca del proceso de modificación ni del material modificado.

Una comparación de las figuras 2 y 3, con la observación adicional de que después de 70 horas la mayor parte de la capa de silicio poroso no modificado de 275 nm de espesor ha sido eliminada completamente, indica el cambio notable en estabilidad causado por este proceso de modificación. Por las figuras 2(a) y 2(d) y la figura 4 se puede estimar que la disminución del espesor de la capa después del período de aproximadamente 4 semanas (700 horas) es 25 nm en el material modificado pero de aproximadamente 250 nm después de 70 horas en el material de control no modificado. En consecuencia, la velocidad de corrosión en estos períodos de tiempo y en estas condiciones fisiológicas se ha reducido por lo menos en un factor de 100.

Se ha investigado la extensión en que el silicio poroso modificado ha sido infiltrado por el PHA y sufrido oxidación. Los perfiles de la SIMS revelaron niveles sustanciales de Na, K, Cl, Mg y Ca en todo el espesor de la galleta. Como estos elementos están presentes en el PHA pero tienen niveles muy bajos en silicio poroso tanto recién atacado como envejecido (en aire ambiente), hay pocas dudas de que la solución de PHA ha infiltrado los poros del silicio en alguna extensión. Las figuras 4 (a), (b) y (c) comparan los niveles de oxígeno en silicio poroso modificado envejecido con los de silicio poroso modificado y no modificado tratados con PHA. Se realizó análisis de SIMS hacia la circunferencia de la zona anodizada de cada uno de los tres materiales indicados, en el que las imágenes de las secciones transversales de SEM indican un espesor inicial de la galleta de 315\pm15 nm. El silicio poroso no modificado tiene un grado de oxidación después de 5 horas en PHA (y su espesor ha disminuido notablemente) mayor que el de silicio poroso modificado después de 4 semanas de inmersión. No obstante, es evidente que ha ocurrido algo de oxidación adicional del silicio poroso modificado en PHA, en comparación con silicio poroso modificado almacenado al aire durante 6 semanas.

Lo anterior se comprueba por análisis de FTIR (figura 5). Parece que las cantidades relativas de silicio unido de nuevo a oxígeno son similares a las de material de control envejecido en aire ambiente, pero el modo de tensión de Si-O alrededor de 1.100 cm^{-1} en el material sumergido en PHA es significativamente mayor. Esto estaría de acuerdo con la estructura principal del silicio poroso que sufre hidrólisis mientras que los grupos hidrófobos de su superficie protegen la superficie dejándola intacta. La tensión \nu (C=C) disminuye en intensidad después de 4 semanas de inmersión en PHA, como se puede observar comparando las figuras 5(a) y 5(b), posiblemente debido a isomerización de la forma cis predominante del doble enlace a la conformación trans, más estable termodinámicamente, bajo estas condiciones. En el caso del silicio poroso almacenado al aire durante 6 semanas, tiene lugar adsorción de impurezas del tipo de hidrocarburos como lo indica el cambio en la relación de \nu (CH_{3}) y \nu (CH_{2}) a 2.690 y 2.925 cm^{-1} respectivamente y el incremento en la intensidad de \delta (CH_{2}) a 1.460 cm^{-1}.

Las figuras 6 (a) y (b) muestran vistas en planta y en sección transversal de un dispositivo de inmunoaislamiento para contener células que segregan insulina. Este dispositivo comprende una cápsula de una galleta simple de cristal de silicio 1, que tiene un receptáculo 2 que contiene las células que segregan insulina, un filtro 3 de silicio mesoporoso modificado y una tapa 4 provista de un filtro 5 de silicio poroso modificado. La cápsula se usa en el cuerpo de un ser vivo humano o animal y la interfaz de las células con el cuerpo es mediante los filtros.

El receptáculo se define fotolitográficamente usando un reactivo anisótropo, como KOH. La tapa de la cápsula comprende una membrana de silicio disponible comercialmente y se une a la cápsula usando una capa muy fina, por ejemplo, de espesor inferior a 1 \mum, de un adhesivo médico que se sabe es resistente a la hidrólisis, como cianoacrilato, o de un adhesivo dental o de un elastómero de silicona. Alternativamente, se puede usar una unión directa de silicio a silicio o de silicio a SiO_{2}, formada por un proceso que no suba la temperatura de la cápsula más de 30ºC para que no se dañen las células. La dimensión de la cápsula desde el filtro 3 hasta el filtro 5 es 500 \mum o menos. Esto asegura que las células que segregan insulina no sean más de 500 \mum procedentes de vasos sanguíneos o de otras fuentes de nutrientes, que podrían hacer que trabajaran mal o incluso murieran. Se pueden realizar cápsulas más gruesas, que tienen la ventaja de poder contener mayor número de células. Sin embargo, la superficie interna de dichas cápsulas tiene que ser sembrada con células, como células endoteliales, para ayudar a mantener las células colocadas en la cápsula. Los filtros 3,5 de silicio poroso modificado se proporcionan por anodización de porciones de la cápsula y de la tapa. Tienen espesores de unos pocos micrómetros y porosidades superiores a 5% en el caso de poros de 50 nm de diámetro y de 15% en el caso de poros de 15-30 nm de diámetro. Esto permite que niveles suficientes de nutrientes lleguen a las células que segregan insulina y que tengan capacidad suficiente de difusión para permitir una liberación rápida de insulina en respuesta a cambios de niveles de glucosa en el cuerpo.

La figura 7 es una vista esquemática en sección transversal de una primera realización de una batería. Ésta comprende un caja sustancialmente hueca 1 de silicio, que tiene un primer y un segundo filtros 2,3 de silicio mesoporoso modificado y un primer y un segundo fotodetectores 4,5. Los fotodetectores se fabrican de silicio y comprenden uniones p-n. En la cavidad 6 de la caja está contenido un organismo bioluminiscente que contiene proteína fluorescente verde. La luz producida por el organismo es recibida por los fotodetectores 4,5 y convertida en energía eléctrica. Los filtros 2,3 permiten que pasen a la caja nutrientes, como glucosa, y que salgan de la caja productos de desecho pero impiden que entren en la caja componentes del sistema inmunitario que puedan destruir al organismo.

La figura 8 muestra una vista esquemática en sección transversal de una segunda realización de una batería. Ésta comprende una primera y una segunda capas 1,2 de silicio no poroso en masa y un primer y un segundo filtros 3,4 de silicio poroso modificado. Entre las capas de silicio en masa se mantienen un primer y un segundo electrodos 5,6. La cavidad 7 formada entre el silicio en masa y poroso contiene un fluido, por ejemplo, un fluido corporal. El primer electrodo 5 comprende aluminio y el segundo electrodo 6 comprende plata. Se produce una transferencia de electrones entre los electrodos a través del fluido generándose una corriente eléctrica. Este sistema de electrodos genera aproximadamente 0,8 V y tiene una corriente de cortocircuito determinada por la superficie de los electrodos. Los electrodos van provistos de conexiones eléctricas (no mostradas) para conducir la corriente fuera de la batería. Los filtros 2,3 evitan que sustancias perjudiciales para los electrodos contacten con estos. En otra realización, el primer electrodo 5 tiene fijada enzima glucosa oxidasa. La glucosa que entra en la batería a través de los filtros es catalizada por la enzima dando peróxido de hidrógeno. Esto tiene lugar según la siguiente reacción en el segundo electrodo 6:

H_{2}O_{2} + 2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow 2H_{2}O

Esto origina una transferencia de electrones entre los electrodos generándose una corriente eléctrica. Este sistema de electrodos genera aproximadamente 2 V. Los filtros permiten que pasen a la batería sustancias beneficiosas para los electrodos, por ejemplo, glucosa, pero evitan que entren en la batería sustancias perjudiciales para los electrodos.

La figura 9 es una representación esquemática de un espejo de muchas capas. Se fabricaron dos tipos de espejos de muchas capas: un espejo de 40 capas y un espejo de 80 capas. Los espejos se fabricaron por anodización de galleta de silicio del tipo p de 0,01 \Omega.cm de resistividad usando ácido HF etanólico del 20%. La corriente se modula entre 0,75 A, a intervalos de 4,5 segundos, y 4,55 A, a intervalos de 2,55 segundos. Se repite la modulación durante 40 ciclos para producir el espejo de 80 capas o durante 20 ciclos para producir el espejo de 40 capas. La modulación de la corriente de esta manera origina la formación de capas alternas de silicio poroso de porosidad alta 1 y de porosidad baja 2. Las capas 1 de silicio poroso de porosidad alta tienen una porosidad de 71% y un espesor de 180 nm; las capas 2 de silicio poroso de porosidad baja tienen una porosidad de 50% y un espesor de 90 nm. Se puede variar el espesor de las capas variando la duración de los intervalos de corriente alta y corriente baja. Las galletas anodizadas se pasivaron con óxido natural almacenándolas en aire ambiente durante un período de dos años.

Los espejos de 40 y 80 capas se modificaron por dos métodos diferentes. El primer método es similar al descrito antes para la modificación de una única capa de silicio poroso, a saber, hidrosililación con un ácido de Lewis/dodecino. Lo mismo que con el método anterior, descrito en relación con la figura 1, se aplica el ácido de Lewis (EtAlCl_{2}) a la superficie de silicio poroso del espejo. Después se aplica el 1-dodecino a la superficie para producir la hidrosililación. Este método de modificación origina silicio poroso terminado en dodecenilo. Sin embargo, al contrario que con el método anterior, el silicio poroso se pretrata con HF para eliminar la capa de óxido que está presente como resultado del proceso de pasivación de 2 años.

El segundo método de modificación implica sumergir el espejo en triclorododecilsilano durante 24 horas a temperatura ambiente para dar silicio poroso oxidado terminado en dodecilo. Al contrario que en el primer método, el espejo no se pretrata con HF para eliminar la capa de óxido resultante del proceso de pasivación. La muestra se lava con etanol y se seca bajo vacío.

Se incubaron los espejos de 40 y 80 capas, modificados y no modificados, en plasma humano artificial (PHA) a 37ºC y pH 7,3. Los espejos se retiraron después de períodos que variaron de unas pocas horas a muchos meses y se analizó la composición usando un microscopio electrónico de barrido JEOL 6400F. Los resultados de la microscopia electrónica mostraron, en el caso de espejos no modificados, evidencia de corrosión a las pocas horas de incubación y una incubación de 1 día fue suficiente para causar la desintegración del espejo después de secarlo en aire.

La modificación de los espejos por el primer o por el segundo método no introdujo fisuras inducidas por el secado ni gradientes significativos de porosidad. Los resultados EDAX indicados en la figura 10 demuestran impregnación de carbono por todo el espesor de los espejos, mostrando que los poros de los espejos no se bloquean durante el proceso de modificación. La figura 10a muestra resultados EDAX de un espejo de silicio poroso modificado por el segundo método. La figura 10b muestra resultados EDAX de un espejo de silicio poroso modificado por el primer método.

La figura 11 muestra el efecto de incubar en PHA un espejo de 80 capas que comprende silicio poroso modificado por dodecenilo. La figura 11a muestra el espejo antes de la incubación, la figura 11b muestra el espejo después de 425 horas de incubación y la figura 11c muestra el espejo después de 2.125 horas de incubación. Después de 425 horas 72 de las 80 capas originales permanecen intactas y después de 2.125 horas aproximadamente 50 capas permanecen intactas debajo de los depósitos de hidroxiapatito. Esta calcificación final ha disminuido la velocidad de disolución: se necesitarían más de 6 meses para que se disolvieran completamente las capas de silicio poroso modificado.

La figura 12 muestra el efecto de incubar en PHA un espejo de 40 capas que comprende silicio poroso modificado con dodecilo. La figura 12a muestra el espejo de 40 capas antes de la incubación, la figura 12b muestra el espejo de 40 capas después de 425 horas de incubación y la figura 12c muestra el espejo después de 2.125 horas de incubación. Después de 2.125 horas la capa superior está muy oxidada pero no se ha disuelto. Si se supone una velocidad lineal de corrosión, la disolución completa necesitaría aproximadamente 10 años.

Las figuras 13a y 13b muestran espectros de reflectancia de un espejo de 40 capas que comprende silicio poroso terminado en dodecenilo, antes y después de su inmersión en PHA. La figura 13a muestra la reflectancia antes de la inmersión y la figura 13b muestra la reflectancia después de 2.125 horas de inmersión. Estos resultados muestran que estructuras corroídas continúan funcionando como espejos.

La figura 14 muestra una predicción teórica de la variación de la reflectancia con el número de capas de silicio poroso modificado. La predicción muestra que, aunque permanezca un número relativamente pequeño de capas, la reflectancia permanece alta.

La figura 15 muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de biofiltración, indicado generalmente por 151, de acuerdo con la invención. El dispositivo 151 incluye una carcasa 152, un sensor de glucosa 153, una cavidad 154, un filtro 155 de silicio poroso modificado y una pared 156 de cierre de la cavidad. El dispositivo de biofiltración 151 se fabrica atacando una galleta de silicio para formar la cavidad 154 y haciendo después poros en la superficie opuesta a la de la cavidad. Después se modifica el silicio poroso, se une el sensor 153 a la pared de cierre 156 que, a su vez, se une a la carcasa 152 de modo que el sensor esté dispuesto en la cavidad 154. Se usa adhesivo médico para unir el sensor 153 a la pared de cierre 156 y la pared de cierre 156 a la carcasa 152.

El dispositivo 151 se puede colocar en la corriente sanguínea o en un tejido de un paciente. El filtro 155 permite que las moléculas de glucosa pasen a través de aquél y evita que células sanguíneas y otro material lleguen al sensor de glucosa 153. El uso de silicio poroso modificado es ventajoso porque reduce la deposición de material sobre el filtro 155. De esta manera se minimiza la deposición sobre el sensor 153 y sobre el filtro 155.

La figura 16 muestra un diagrama esquemático de un dispositivo cardiovascular de acuerdo con la invención. El dispositivo cardiovascular es un stent (prótesis endovascular) indicado generalmente por 161, que comprende un andamiaje soporte 162 y un sensor 163 del flujo sanguíneo. Se puede usar el stent para soportar la pared 164 de una arteria, manteniendo su diámetro, detectando el sensor 163 del flujo sanguíneo el caudal de sangre. El sensor 163 tiene una superficie exterior que comprende silicio poroso modificado. Se puede seleccionar la modificación de modo que se minimice la coagulación y/o calcificación.

El sensor 163 permite seguir el flujo sanguíneo; si se detecta un flujo sanguíneo inapropiado, entonces se administran fármacos o se actúa sobre el paciente para corregir la situación. En relación con otros dispositivos cardiovasculares, como catéteres, también se pueden usar sensores, que comprenden silicio poroso modificado, para seguir el flujo sanguíneo o la presión sanguínea.

La figura 17a muestra un diagrama esquemático de parte de un dispositivo de curación de heridas de acuerdo con la invención. El dispositivo de curación comprende microvelcro, parte del cual se indica por 171, que es un conjunto de conexiones hembras 172 y machos 173. Las conexiones machos 173 se forman de una primera galleta de silicio y las hembras de una segunda galleta de silicio. La cara de cada galleta de silicio, opuesta a la de las conexiones machos 173 o hembras 172, se une al tejido que se ha de curar. Después se juntan las dos galletas de modo que las conexiones machos 173 queden fijadas en las hembras 172. La modificación del silicio poroso permite de esta manera controlar la velocidad de corrosión del silicio poroso y reduce la calcificación. El uso de un material poroso permite que el tejido crezca en los poros, facilitando la curación de la herida.

La figura 17b muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de un microelectrodo, indicado generalmente por 171, de acuerdo con la invención. El dispositivo incluye un microelectrodo 174, que comprende silicio poroso modificado, y conexiones eléctricas 175; se puede usar para estimular eléctricamente una parte del cuerpo o para seguir la actividad eléctrica en un paciente. Un sistema de control (no mostrado) se puede colocar a una distancia del punto de estimulación eléctrica debido a su masa relativa y puede ser conectado al microelectrodo 174 por las conexiones eléctricas 175. La naturaleza porosa del microelectrodo 174 facilita su integración en un tejido con lo que se disminuye la impedancia interfacial. La modificación reduce la corrosión del silicio poroso por lo que las propiedades eléctricas del electrodo 174 permanecen relativamente constantes.

La figura 18a muestra un diagrama esquemático de un dispositivo de radioterapia, indicado generalmente por 181, de acuerdo con la invención. El dispositivo de radioterapia 181 comprende silicio poroso modificado combinado con un radioisótopo, como ^{90}Y. El dispositivo tiene la forma de un gránulo para que pueda ser implantado en un órgano en la región de un tumor.

Los gránulos se pueden fabricar de una galleta de silicio con óxido de silicio mediante un proceso de varias etapas. La primera etapa es la formación, atacando litográficamente la capa de silicio en masa, de una multiplicidad de partículas de silicio unidas al óxido de silicio subyacente. Después se forman poros en las partículas de silicio en una solución de HF, protegiéndose la capa de óxido de silicio con una máscara durante la formación de los poros. La introducción del radioisótopo 182 se consigue sumergiendo las partículas porosas en una solución acuosa del isótopo 182, seguido de evaporación. El silicio poroso, que tiene ahora el isótopo 182 situado en sus poros 183, se templa para llevar el radioisótopo 182 al esqueleto 184. La temperatura de temple es entre 300 y 1.150ºC durante un período de 30 segundos a 5 horas. La modificación del silicio poroso con radioisótopo incorporado va seguida de eliminación del sustrato de óxido.

El uso de silicio poroso permite la introducción del radioisótopo en todo el volumen del gránulo. La presencia del radioisótopo 182 en el esqueleto 184 del gránulo reduce la fuga de radioisótopo 182 a partes del cuerpo distintas de las que deben ser tratadas. Si los gránulos se forman de silicio cristalino en masa, la introducción del radioisótopo debería realizarse por implantación de iones, una técnica relativamente costosa que limita la profundidad de la introducción. Por lo tanto, los gránulos formados de silicio en masa originarían un mayor riesgo de dicha fuga. El uso de silicio poroso modificado significa que se reduce la velocidad de corrosión y, por lo tanto, la pérdida de radioisótopo 182.

La figura 18b muestra un diagrama esquemático de parte de un dispositivo de aporte de fármacos, indicado generalmente por 185, de acuerdo con la invención. El dispositivo 185 comprende una muestra de silicio poroso modificado en el que moléculas 186 de un compuesto farmacéutico están distribuidas en los poros 187. El silicio poroso se modifica de tal manera que el fármaco está unido al esqueleto 188 de silicio. La modificación de esta manera permite potencialmente conseguir una velocidad constante de liberación de las moléculas 186 del fármaco.

La figura 19 muestra un sistema de análisis de corrosión, indicado generalmente por 191, de acuerdo con la invención. El sistema 191 comprende una fuente 192 de radiación electromagnética, un detector 193 de la radiación y un dispositivo óptico 195 que comprende silicio poroso modificado. El dispositivo 191 funciona iluminando el espejo 195. La radiación es reflejada por el espejo 195 y detectada por el detector 193. El espejo se sitúa en el cuerpo 195 de un paciente humano o animal. Como el espejo se corroe en el cuerpo 194, cambian sus propiedades ópticas y este cambio puede ser detectado por el detector 193. De esta manera se puede seguir la corrosión del espejo 195 en el cuerpo 194.

Claims (10)

1. Silicio poroso modificado que tiene una capa sustancialmente monomolecular, comprendiendo la capa monomolecular uno o más grupos orgánicos que están unidos covalentemente por hidrosililación a por lo menos parte de la superficie del silicio poroso, siendo la estructura y composición del silicio poroso modificado tales que éste es adecuado para uso como biomaterial, destinándose el silicio poroso modificado para uso como biomaterial, siendo biomaterial un material no viviente para uso en o sobre la superficie del cuerpo de un ser vivo humano o animal.

2. Silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el silicio poroso modificado es silicio mesoporoso modificado.

3. Silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el silicio poroso modificado tiene una composición y estructura tales que la velocidad de corrosión del silicio mesoporoso modificado en plasma humano artifical (PHA) es un factor de por lo menos dos órdenes de magnitud menor que la de silicio mesoporoso no modificado.

4. Silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la porosidad del silicio poroso modificado es por lo menos 5%.

5. Un dispositivo de biofiltración, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende uno o más filtros de silicio poroso modificado, comprendiendo el o cada uno de los filtros silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1.

6. Un dispositivo de inmunoaislamiento, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un humano o animal, que comprende un dispositivo de biofiltración de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de biofiltración está construido de tal manera que, cuando el dispositivo de inmunoaislamiento está funcionando en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, por lo menos uno de los filtros de silicio poroso modificado excluye del sistema de inmunoaislamiento por lo menos algunas moléculas del sistema inmunitario.

7. Un dispositivo de una batería, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende una fuente de energía y un dispositivo de biofiltración de acuerdo con la reivindicación 5.

8. Un dispositivo óptico, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende un espejo de muchas capas que comprende una pila de capas alternas de silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1 que tiene una primera porosidad y un primer índice de refracción y de silicio poroso modificado que tiene una segunda porosidad y un segundo índice de refracción que es mayor que el primer índice de refracción.

9. Un dispositivo de radioterapia, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende un gránulo formado, al menos parcialmente, de un radioisótopo y silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1.

10. Un dispositivo de un microelectrodo, destinado para funcionar en o sobre la superficie de un cuerpo humano o animal, que comprende una pluralidad de conexiones eléctricas y un microelectrodo que comprende silicio poroso modificado de acuerdo con la reivindicación 1.