ES2875476T3 - Sustrato actuador, uso para la estimulación de células biológicas y procedimiento para su fabricación - Google Patents

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Abstract

Sustrato actuador para el cultivo de células biológicas, que contiene al menos una unidad actuadora con un electrodo superior y un electrodo inferior así como un elemento actuador dispuesto entre los dos electrodos y que limita directamente con los electrodos superior e inferior, y que está constituido por al menos una capa de al menos un polímero electroactivo (EAP), en donde los electrodos están dispuestos como capa o como tiras, cada uno de ellos en al menos un sitio en una dirección que discurre de manera paralela a la capa de EAP, sobresalen por la capa de EAP y estos salientes representan puntos de contacto para una fuente de tensión.

Description

DESCRIPCIÓN
Sustrato actuador, uso para la estimulación de células biológicas y procedimiento para su fabricación
La presente invención se refiere a un sustrato actuador con un electrodo superior y un electrodo inferior así como un elemento actuador dispuesto entre los dos electrodos y que limita directamente con el electrodo superior e inferior. Además, la invención se refiere al uso de un sustrato actuador de este tipo para el cultivo de células biológicas así como a un procedimiento para su fabricación.
Se ha probado con el paso del tiempo en general que los estímulos mecánicos tienen una influencia sobre las funciones y el comportamiento de células biológicas. Mediante estimulación mecánica pueden fomentarse por ejemplo el crecimiento y la diferenciación de células. También pueden modificarse los patrones de expresión génica debido a estímulos mecánicos.
Este contexto se aprovecha entre otras cosas para el cultivo de tejido celular en el campo de la ingeniería de tejidos. Las células y tejidos celulares pueden asentarse sobre estructuras de soporte, que contienen materiales que responden frente a estímulos. Mediante los materiales que responden frente a estímulos pueden inducirse a las estructuras de soporte a deformaciones repetidas o vibraciones continuas. Tales estructuras de soporte se conocen también como sustratos actuadores.
En el estado de la técnica se han descrito ya algunos sustratos actuadores a base de distintos materiales que responden a estímulos, sin embargo no pueden fabricarse estos sustratos actuadores con ayuda de técnicas sencillas e industrialmente aplicables en altos rendimientos.
El documento DE 102011 010757 A1 divulga por ejemplo sustratos actuadores que contienen materiales compuestos blandos, magnetoactivos o electroactivos de partículas magnética o eléctricamente polarizables en al menos un polímero como matriz. Mediante aplicación de un campo magnético externo o de un campo eléctrico pueden controlarse las propiedades elastomecánicas de los materiales compuestos. Pueden generarse también en este caso deformaciones o movimientos ondulatorios en la superficie del sustrato actuador, que ejercen una influencia sobre células biológicas adicionadas. El sustrato actuador y el correspondiente sistema para la generación del campo externo presentan sin embargo una estructura compleja de modo que éstos no pueden fabricarse de manera rápida ni con ayuda de métodos industriales. Además si bien puede generarse un campo externo, que se modifica temporal y espacialmente, sin embargo no es posible generar un campo externo que estimula la superficie del material compuesto para dar una vibración en forma de una onda estacionaria con más de dos puntos nodales. Además, los materiales compuestos usados no muestran ninguna transparencia para luz visible, de modo que el tejido celular que crece sobre el sustrato actuador no puede someterse a estudio con ayuda de métodos de microscopía óptica clásicos.
También por el documento US 8465971 A1 se conoce un dispositivo para la estimulación mecánica del crecimiento celular. Éste se basa en elementos piezoeléctricos, que están colocados en una cámara hermética al aire. Sobre los elementos piezoeléctricos se encuentra un sustrato sólido, que reproduce las oscilaciones de los elementos piezoeléctricos en el tejido celular. Es desventajoso en este caso igualmente que el dispositivo no pueda fabricarse en altos números de piezas en un proceso automatizado.
C. Frias et al: "Polymeric piezoelectric actuator substrate for osteoblast mechanical stimulation", JOURNAL OF BIOMECHANICS, vol. 43, n.° 6, 1 de abril de 2010 (01-04-2010), páginas 1061-1066, describen la fabricación de un sustrato actuador piezoeléctrico, con el que se estimulan mecánicamente osteoplastos para acelerar la formación de tejido óseo nuevo.
Alexandre Poulin et al: "Dielectric elastomer actuator for mechanical loading of 2D cell cultures", LAB ON A CHIP, vol.
16, n.° 19, viernes, 1 de enero de 2016 (01-01-2016), páginas 3788-3794, divulgan un biorreactor deformable, con el que pueden estimularse mecánicamente células endoteliales linfáticas humanas, presentando el biorreactor una membrana de DEA y electrodos expansibles.
Karl Svennerstein et al: "Mechanical stimulation of epithelial cells using polypyrrole microactuators", LAB ON A CHIP, vol. 11, n.° 19, sábado, 1 de enero de 2011 (01-01-2011), página 3287, describen microactuadores para células biológicas.
El documento US 2012/200200 A1 describe actuadores a base de polímeros electroactivos así como un procedimiento para su fabricación.
Siegfried Bauer et al: "Piezoelectric and Electrostrictive Polymers as EAPs: devices and Applications", 1 de enero de 2016 (01-01-2016), ELECTROMECHANICALLY ACTIVE POLYMERS. POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITES: A REFERENCE SERIES. SPRINGER, CHAM, SPRINGER INTERNATIONAL PUBLISHING, DE, páginas 533-547, describe la fabricación de EAP con procedimientos de serigrafía.
El documento DE 10 2011 107 046 A1 describe microbombas piezoeléctricas de P(VDF-TrFE) fabricadas con procedimientos de serigrafía. Éstas se usan en aplicaciones lab-on-chip.
El documento DE 102011 075 127 A1 se refiere a microbombas fabricadas sobre EAP para aplicaciones lab-on-chip.
Por tanto, la presente invención se basa, partiendo del estado de la técnica, en el objetivo de facilitar un sustrato actuador, que puede fabricarse con bajos costes y en un alto rendimiento. El sustrato actuador debe estar configurado además de modo que éste pueda oscilar, vibrar o deformarse de manera elástica discrecionalmente y puede usarse así para la estimulación dirigida de cultivos celulares.
Este objetivo se consigue mediante el sustrato actuador con las características de la reivindicación 1 y su uso de acuerdo con la reivindicación 13. Además se consigue el objetivo mediante el procedimiento para su fabricación con las etapas de la reivindicación 9.
El sustrato actuador de acuerdo con la invención para el cultivo de células biológicas contiene al menos una unidad actuadora con un electrodo superior y un electrodo inferior así como un elemento actuador dispuesto entre los dos electrodos y que limita directamente con el electrodo superior e inferior, que está constituido por al menos una capa de al menos un polímero electroactivo (EAP), en el que los electrodos están dispuestos como capa o como tiras, en cada caso, en al menos un sitio en una dirección que discurre de manera paralela a la capa de EAP, sobresalen por la capa de EAP y estos salientes representan puntos de contacto para una fuente de tensión.
Por un EAP se entiende en el contexto de esta invención todos los polímeros cuya forma se modifica mediante aplicación de una tensión eléctrica. A este grupo pertenecen polímeros electroestrictivos y piezoeléctricos. La deformación de polímeros piezoeléctricos es proporcional a la intensidad de campo eléctrico, mientras que la deformación de polímeros electroestrictivos es proporcional al cuadrado de la intensidad de campo eléctrico. Bajo el término de EAP no se encuentran materiales compuestos de partículas magnetizables o eléctricamente polarizables y un polímero como material de matriz, tal como materiales compuestos de MAP, materiales compuestos de MRE o materiales compuestos de ERE.
Si una fuente de tensión se conecta con los puntos de contacto, puede generarse una tensión eléctrica en el al menos un electrodo inferior y el al menos un electrodo superior. La al menos una capa de EAP que se encuentra entremedias puede exponerse a un campo eléctrico con intensidad de campo variable. A cada modificación de la intensidad de campo del campo eléctrico externo reacciona la capa de EAP con una expansión o contracción. Mediante el contacto de la capa de EAP con el electrodo superior y el electrodo inferior se provoca un arqueamiento de toda la unidad actuadora. Las unidades actuadoras existentes de manera adicional a la primera unidad actuadora tienen a este respecto un efecto reforzador. Cuantas más unidades actuadoras estén presentes, más grande es el arqueamiento que se observa con la aplicación de una determinada tensión.
Pare el caso de que la fuente de tensión se haga funcionar con tensión alterna y los electrodos estén dispuestos como capa, la unidad actuadora realiza una oscilación con un periodo adaptado a la frecuencia de tensión alterna.
En el caso de la configuración de los electrodos como tiras, pueden disponerse electrodos superiores e inferiores de modo que éstos se solapen en la proyección del sustrato actuador en un plano sólo en una zona pequeña. Si se aplica una tensión continua en una disposición de electrodos de este tipo, puede generarse en principio cualquier topografía de superficie discrecional del sustrato de actuador. Mediante aplicación de una tensión alterna en una disposición de electrodos de este tipo puede realizar el sustrato actuador una vibración en forma de una onda estacionaria con discrecionalmente muchos puntos nodulares.
Debido a que los electrodos sobresalen por la capa de EAP y forman salientes, en el caso del sustrato actuador de acuerdo con la invención puede prescindirse de puntos nodulares separados para la fuente de tensión. Los sobrenadantes pueden servir incluso como puntos de contacto para la fuente de tensión.
El elemento actuador se ha serigrafiado ventajosamente a partir de una pasta que contiene un EAP biocompatible de acuerdo con la norma ISO 10993 y/o transparente frente a la luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm, preferentemente a partir de una pasta que contiene poli(difluoruro de vinilideno), de manera especialmente preferente de una pasta que contiene un copolímero de poli-(difluoruro de vinilideno) o un terpolímero de poli-(difluoruro de vinilideno), de manera muy especialmente preferente de una pasta que contiene poli-(difluoruro de vinilidenotrifluoroetileno) o poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno-cloruro de trifluorovinilo).
La biocompatibilidad del EAP de acuerdo con la norma ISO 10993 puede garantizar a este respecto que el elemento actuador cumple básicamente la condición previa para el uso en la técnica médica. Puede garantizarse una compatibilidad del polímero con células biológicas, tal como por ejemplo células humanas y animales. Una compatibilidad de este tipo se supone cuando no hay ningún indicio de una respuesta inmunitaria de rechazo o de una reacción alérgica con el contacto del polímero con las células biológicas.
El uso de un EAP transparente frente a la luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm eleva la transparencia del sustrato actuador y permite en unión con electrodos transparentes la caracterización del tejido celular que crece sobre el sustrato actuador por medio de microscopía óptica. Así puede controlarse el tejido celular incluso durante el proceso de cultivo. Esto permite distinguir estados patológicos del tejido celular en un estadio temprano.
En el sentido de esta invención se habla de transparencia de todo el elemento actuador cuando éste deja pasar luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm en una proporción de al menos el 50 %. La transparencia de las partes constituyentes individuales del elemento actuador debía ser según esto al menos igual de alta. Esto significa que los electrodos y la capa de EAP en el intervalo de longitud de onda de 400 nm a 1000 nm debían presentar un grado de transmisión del 50 % o mejor.
Dado que el elemento actuador se seca tras la serigrafía y se evaporan las partes constituyentes volátiles de la pasta, puede contener el elemento actuador en el sustrato actuador preferentemente al menos el 99,0 % de un polímero electroactivo seleccionado del grupo que está constituido por poli(difluoruro de vinilideno), un copolímero poli-(difluoruro de vinilideno), un terpolímero de poli-(difluoruro de vinilideno), en particular poli-(difluoruro de vinilidenotrifluoroetileno) o poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno-cloruro de trifluorovinilo).
El poli(difluoruro de vinilideno) y los copolímeros del poli(difluoruro de vinilideno), tal como por ejemplo poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno) pueden contraer con aplicación de un campo eléctrico. Por el contrario, los terpolímeros de poli-(difluoruro de vinilideno) se dilatan preferentemente con intensidad de campo eléctrico creciente.
En otra forma de realización preferente del sustrato actuador se han serigrafiado los electrodos a partir de una pasta que contiene un polímero eléctricamente conductor y biocompatible de acuerdo con la norma ISO 10993 y transparente frente a la luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm, preferentemente de una pasta que contiene [poli-(3,4-etilendioxitiofeno)]:PSS[poli(4-estirenosulfonato)] (PEDOT).
Una parte constituyente de la pasta de PEDOT:PSS puede ser a este respecto una pasta que puede imprimirse a base de plata u hollín. Las pastas de este tipo pueden obtenerse por ejemplo comercialmente por DuPont con el nombre DuPont 5000 o DuPont 7102. Estas pastas que pueden obtenerse comercialmente presentan sin embargo el inconveniente de que no son transparentes para luz visible. Por tanto es preferente usar una pasta eléctricamente conductora a base de nanohebras de plata para la facilitación de la pasta de PEDOT:PSS.
Dado que también los electrodos se secan tras la serigrafía y se evaporan las proporciones volátiles de la pasta, es preferente cuando los electrodos contienen más del 99,0 % de PEDOT:PSS.
Si se fabrican los electrodos a partir de un polímero eléctricamente conductor biocompatible de acuerdo con la norma ISO 10993, entonces puede usarse con la elección adecuada del polímero electroactivo contenido en la capa de EAP todo el sustrato actuador sin reparos en la técnica médica.
La al menos una unidad actuadora puede estar fijada en otra variante del sustrato actuador, en particular en un punto, en al menos dos puntos opuestos o en los bordes de la unidad actuadora.
Mediante la fijación de la unidad actuadora puede modificarse el arqueamiento o bien desviación del sustrato actuador, que se consigue con la aplicación de una tensión. La vibración estimulada con acción de una tensión alterna puede modularse mediante el tipo de fijación.
Es preferente cuando el sustrato actuador puede vibrar en un intervalo de frecuencia de 0,01 a 40 KHz, en particular de 1 a 20 KHz.
Esto puede conseguirse debido a que se aplica una tensión alterna con una frecuencia correspondientemente alta en los puntos de contacto. Para la vibración es ventajoso cuando el EAP en el elemento actuador tiene un tiempo de funcionamiento corto, o sea reacciona rápidamente a la modificación de la intensidad de campo eléctrico. Además es ventajoso cuando el polímero eléctricamente conductor, a partir del cual se han serigrafiado el al menos un electrodo inferior y al menos un electrodo superior, es flexible y elástico, de modo que los electrodos pueden seguir el movimiento o bien la desviación de la capa de EAP y no ofrecen resistencia o conducen a una amortiguación.
Preferentemente, los electrodos superior e inferior presentan un espesor de 10 nm a 10 pm, de manera especialmente preferente de 100 nm a 400 nm. Las capas de EAP presentan preferentemente un espesor de 10 nm a 10 pm, de manera especialmente preferente de 100 nm a 1 pm.
Además es preferente cuando sobre el electrodo superior y/o inferior está dispuesta al menos una capa eléctricamente aislante.
La capa eléctricamente aislante puede impedir que las células asentadas sobre el sustrato actuador estén expuestas a una tensión eléctrica alta y a este respecto eventualmente se destruyan.
El sustrato actuador puede estar dispuesto sobre una superficie de soporte, preferentemente sobre una lámina de PET.
Como alternativa a ello puede estar suspendido el sustrato actuador también de manera autoportante sin superficie de soporte, dado que las láminas de PVDF ofrecen para ello una estabilidad suficiente.
El procedimiento de acuerdo con la invención para la fabricación del sustrato actuador descrito anteriormente contiene las siguientes etapas de procedimiento:
(a) formar y depositar una pasta que puede imprimirse de un polímero eléctricamente conductor por medio de serigrafía y secar para obtener un electrodo inferior,
(b) preparar una pasta que puede imprimirse de un polímero electroactivo mediante disolución del polímero electroactivo en una mezcla de al menos dos disolventes y posterior separación de un disolvente hasta al menos el 90 % en peso,
(c) formar y depositar la pasta que puede imprimirse del polímero electroactivo sobre el electrodo inferior por medio de serigrafía y secar para obtener una capa de EAP y
(d) formar y depositar una pasta que puede imprimirse de un polímero eléctricamente conductor sobre el lado de la capa de EAP opuesto al electrodo inferior y secar para obtener un electrodo superior.
El procedimiento de serigrafía es un método con frecuencia aplicado e industrialmente usado. Mediante este método se pueden fabricar los sustratos actuadores de manera económica y con un alto rendimiento. La fabricación puede realizarse a este respecto incluso en una línea de fabricación, que presenta varias estaciones de impresión y zonas de secado y está completamente automatizada.
La deposición de la pasta que puede imprimirse de un polímero eléctricamente conductor se realiza preferentemente con ayuda de un tamiz, de modo que el electrodo puede formarse o bien como capa o como tiras.
Es preferente cuando el al menos primer disolvente presenta un punto de ebullición inferior a 150 °C y/o una presión de vapor superior a 5 hPa (a 20 °C) y el al menos un segundo disolvente tiene alto punto de ebullición y presenta un punto de ebullición al menos 50 °C más alto que el primer disolvente y/o su punto de ebullición se selecciona de modo que la mezcla de disolventes presenta un factor de separación a de >1.
Los al menos dos disolventes se seleccionan además preferentemente de modo que sean innocuos e inofensivos desde el punto de vista de la salud.
Además es ventajoso, cuando el secado en las etapas de procedimiento (b) a (d) se realiza a una temperatura de 100 a 140 °C, preferentemente a una temperatura de 115 a 125 °C, en el que el secado para obtener el electrodo inferior y el electrodo superior dura al menos 4 minutos, preferentemente al menos 5 minutos, y el secado para obtener la capa de EAP dura al menos 15 minutos, preferentemente al menos 20 minutos.
Otra alternativa de procedimiento de acuerdo con la invención prevé que sobre el electrodo superior de la etapa de procedimiento (d) se aplican mediante serigrafía y secado al menos otra capa de EAP y al menos otro electrodo, en el que la al menos otra capa de EAP se deposita en primer lugar sobre el electrodo superior.
De acuerdo con la invención puede usarse el sustrato actuador descrito en el presente documento para un cultivo invitro de células biológicas. El cultivo celular puede acelerarse debido a ello.
Preferentemente pueden aplicarse células sobre el sustrato actuador y pueden cultivarse durante un espacio de tiempo de 1 hora a 4 semanas, de manera especialmente preferente con aplicación de una tensión alterna continua o tensión modulada en los puntos de contacto.
Mediante la aplicación de una tensión alterna continua o tensión modulada puede controlarse por ejemplo la migración de células. El sustrato actuador modifica continuamente su topografía de superficie y expone una vez zonas atrayentes de células y una vez zonas repelentes de células, que pueden conducir a un movimiento de las células biológicas, sin alterar éstas en su ciclo celular natural.
Mediante la aplicación de una tensión alterna continua o tensión modulada puede conducir esto sin embargo también a una diferenciación dirigida de células madre. Así pueden cultivarse distintos tipos de célula especiales in-vitro a partir de células madre.
Además es preferente cuando la capa de EAP se polariza antes de la aplicación de las células biológicas con ayuda de un pulso de tensión alterna con una amplitud de al menos 150 V por pm de espesor de capa de EAP y una frecuencia de al menos 10 Hz durante al menos 10 segundos.
La polarización es necesaria en particular en los sustratos actuadores, en los que se usa un polímero piezoeléctrico como EAP. El copolímero de poli(difluoruro de vinilideno) poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno) debe polarizarse por ejemplo en una etapa de polarización, para hacerlo disponible.
El sustrato actuador de acuerdo con la invención puede usarse también en procedimientos in-vivo. Preferentemente se coloniza éste a este respecto con células y se usa como implante corporal activo. De manera especialmente preferente se usa éste en procedimientos para la aceleración de cicatrización y cierre de heridas así como curación ósea.
La invención se explicará en más detalle a continuación por medio de las figuras, sin querer limitar ésta a las formas de realización específicas representadas en el presente documento.
La figura 1 muestra una representación esquemática del sustrato actuador de acuerdo con la invención en una proyección en todos los tres planos (izquierda: vista superior, centro: vista lateral, derecha: vista frontal). Los electrodos están formados en este caso como capa. El electrodo (1) inferior y el electrodo (2) superior sobresalen en cada caso de manera desplazada en un único sitio por la capa de EAP (3) y forman un saliente (4). Este saliente (4) sirve como punto de contacto para la fuente de tensión. El electrodo superior además está doblado, de modo que el saliente (4) del electrodo superior en la proyección x/z del sustrato actuador se encuentra a la misma altura que el saliente (4) del electrodo inferior.
El saliente se ha mostrado en la figura 2 otra vez de manera más detallada. Por el saliente (4), que sirve como punto de contacto para la fuente de tensión, se genera con varias unidades actuadoras en este caso un recorrido digitiforme de los electrodos (2) superiores así como un recorrido digitiforme de los electrodos (1) inferiores. La capa de EAP (3) presenta por el contrario en el caso del sustrato actuador de varias unidades actuadoras un recorrido en forma de meandro.
La figura 3 es una vista esquemática de otro sustrato actuador de acuerdo con la invención en la proyección en dos planos distintos (izquierda: vista superior, derecha: vista lateral). Los electrodos (1,2) inferiores y superiores están formados en este caso como tiras. En la proyección x/y de la vista superior resultan por consiguiente sólo zonas de solapamiento puntuales de los electrodos (1) inferiores cubiertos con los electrodos (2) superiores que se apoyan sobre la capa de EAP.
En la figura 4 se muestra la reacción de una unidad actuadora a la aplicación de una tensión eléctrica y la modificación de la intensidad de campo eléctrico (izquierda: antes de las modificaciones de la intensidad de campo, derecha: tras la modificación de la intensidad de campo). La unidad actuadora está constituida por electrodo (1) inferior, capa de EAP (3) y electrodo (2) superior está sujeta en este caso en ambos bordes con ayuda de puntos fijos (5). Una expansión de la capa de eAp (2) conduce por consiguiente inevitablemente a un arqueamiento de todo el sustrato actuador (figura esquemática derecha).
La figura 5 muestra dos registros de un sustrato actuador de acuerdo con la invención (izquierda: corte grande, derecha: corte aumentado). El sustrato actuador se corresponde con el esquema mostrado en la figura 3. En el registro aumentado ha de distinguirse que los electrodos superiores e inferiores están formados en forma de tiras como líneas de electrodos de Pedot:PSS. Las líneas de electrodos inferiores están giradas a este respecto 90 ° con respecto a las líneas de electrodos superiores y forman en una vista superior por encima del sustrato actuador puntos de cruzamiento. Los puntos de cruzamiento están dispuestos a este respecto sobre una red regular imaginaria.
En la figura 6 se ha examinado bajo microscopio una imagen de fluorescencia de luz transmitida de doble canal de células Dictyostelium Discoideum que expresan GFP, que se ha hecho crecer en un sustrato actuador. con esto se demuestra que el sustrato actuador permite el estudio de tejido celular en crecimiento con ayuda de métodos clásicos de microscopía óptica.
La figura 7 muestra un diagrama, en el que se ha registro la proporción de las fases de migración activas de células Dictyostelium Discoideum sobre un sustrato actuador una vez con y una vez sin estimulación de vibración. La vibración se generó con una tensión alterna de 1500 voltios de pico a pico con 100 Hz. Las fases de migración activas se midieron durante un espacio de tiempo de 2 horas. Las células que se cultivan con estimulación de vibración muestran a este respecto una actividad de migración detectablemente más alta.
En el diagrama de la figura 8 está mostrado el espectro de transmisión del sustrato actuador dependiendo de la longitud de onda. Puede observarse que el grado de transmisión en el intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm asciende a al menos el 50 %.
La figura 9 muestra un diagrama, en el que tanto la desviación del sustrato actuador como también la tensión que se aplica en el sustrato actuador están representadas gráficamente frente al tiempo. A este respecto se vuelve evidente que la capa de EAP del sustrato actuador está constituida por una capa de polímero electroestrictiva con un tiempo de funcionamiento muy corto. El sustrato actuador reacciona rápidamente a las modificaciones de la intensidad de campo eléctrico, lo que puede distinguirse en que los máximos de la desviación están desplazados en fase sólo aproximadamente 20 milisegundos con respecto a los máximos o bien mínimos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sustrato actuador para el cultivo de células biológicas, que contiene al menos una unidad actuadora con un electrodo superior y un electrodo inferior así como un elemento actuador dispuesto entre los dos electrodos y que limita directamente con los electrodos superior e inferior, y que está constituido por al menos una capa de al menos un polímero electroactivo (EAP), en donde los electrodos están dispuestos como capa o como tiras, cada uno de ellos en al menos un sitio en una dirección que discurre de manera paralela a la capa de EAP, sobresalen por la capa de EAP y estos salientes representan puntos de contacto para una fuente de tensión.
2. Sustrato actuador según la reivindicación 1,
caracterizado por que se ha serigrafiado el elemento actuador a partir de una pasta que contiene un EAP biocompatible de acuerdo con la norma ISO 10993 y transparente frente a la luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm, preferentemente a partir de una pasta que contiene poli(difluoruro de vinilideno), de manera especialmente preferente de una pasta que contiene un copolímero de poli-(difluoruro de vinilideno) o un terpolímero de poli-(difluoruro de vinilideno), de manera muy especialmente preferente a partir de una pasta que contiene poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno) o poli-(difluoruro de vinilideno-trifluoroetileno-cloruro de trifluorovinilo).
3. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que se han serigrafiado los electrodos a partir de una pasta que contiene un polímero eléctricamente conductor y biocompatible de acuerdo con la norma ISO 10993 y transparente frente a la luz del intervalo de longitud de onda de 400 a 1000 nm, preferentemente a partir de una pasta que contiene [poli-(3,4-etilendioxitiofeno)]:PSS[poli(4-estirenosulfonato)] (PEDOT).
4. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que la al menos una unidad actuadora está fijada, en particular en un punto, en al menos dos puntos opuestos o en los bordes de la unidad actuadora.
5. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que el sustrato actuador puede vibrar en un intervalo de frecuencia de 0,01 a 40 KHz, en particular de 1 a 20 KHz.
6. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que los electrodos superiores e inferiores presentan un espesor de 10 nm a 10 pm, preferentemente de 100 nm a 400 nm, y las capas de EAP presentan un espesor de 10 nm a 10 pm, preferentemente de 100 nm a 1 pm.
7. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que sobre los electrodos superior y/o inferior está dispuesta al menos una capa eléctricamente aislante.
8. Sustrato actuador según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que el sustrato actuador está dispuesto sobre una superficie de soporte, preferentemente sobre una lámina de PET.
9. Procedimiento para la fabricación del sustrato actuador según las reivindicaciones 1 a 8, que contiene las siguientes etapas de procedimiento:
(a) formar y depositar una pasta que puede imprimirse de un polímero eléctricamente conductor por medio de serigrafía y secar para obtener un electrodo inferior,
(b) preparar una pasta que puede imprimirse de un polímero electroactivo mediante disolución del polímero electroactivo en una mezcla de al menos dos disolventes y posterior separación de un disolvente hasta al menos el 90 % en peso,
(c) formar y depositar la pasta que puede imprimirse del polímero electroactivo sobre el electrodo inferior por medio de serigrafía y secar para obtener una capa de EAP y
(d) formar y depositar una pasta que puede imprimirse de un polímero eléctricamente conductor sobre el lado de la capa de EAP opuesto al electrodo inferior y secar para obtener un electrodo superior.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el al menos un primer disolvente presenta un punto de ebullición inferior a 150 °C y/o una presión de vapor superior a 5 hPa (a 20 °C) y el al menos un segundo disolvente tiene un alto punto de ebullición y presenta un punto de ebullición al menos 50 °C más alto que el primer disolvente y/o su punto de ebullición se selecciona de modo que la mezcla de disolventes presenta un factor de separación a de >1.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado por que el secado en las etapas de procedimiento (b) a (d) se realiza a una temperatura de 100 a 140 °C, preferentemente a una temperatura de 115 a 125 °C, en donde el secado para obtener el electrodo inferior y el electrodo superior dura al menos 4 minutos, preferentemente al menos 5 minutos, y el secado para obtener la capa de EAP dura al menos 15 minutos, preferentemente al menos 20 minutos.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que sobre el electrodo superior de la etapa de procedimiento (d) se aplican mediante serigrafía y secado al menos otra capa de EAP y al menos otro electrodo, en donde la al menos otra capa de EAP se deposita en primer lugar sobre el electrodo superior.
13. Uso del sustrato actuador según las reivindicaciones 1 a 8 como sustrato para un cultivo in-vitro de células biológicas.
14. Uso según la reivindicación anterior, en el que las células biológicas se aplican sobre el sustrato actuador y se cultivan durante un espacio de tiempo de 1 hora a 4 semanas, preferentemente con aplicación de una tensión alterna continua o tensión modulada en los puntos de contacto.
15. Uso según la reivindicación anterior, en el que, antes de la aplicación de las células biológicas, se polariza la capa de EAP con ayuda de un pulso de tensión alterna con una amplitud de al menos 150 V por pm de espesor de capa de EAP y una frecuencia de al menos 10 Hz durante al menos 10 segundos.
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