BR112013006299B1 - microdispositivo para aplicações num sistema biológico, e, microdispositivo para aplicação fora do sistema biológico - Google Patents
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Abstract
MICRODISPOSITIVO PARA APLICAÇÕES NUM SISTEMA BIOLÓGICO, E, MICRODISPOSITIVO PARA APLICAÇÃO FORA DO SISTEMA BIOLÓGICO. A presente invenção fornece microdispositivos para aplicações biológicas e métodos para a utilização dos mesmos, em que cada microdispositivo compreende uma membrana externa e uma propriedade e tem um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até um tamanho não maior que aproximadamente 5 milímetros.
Description
[001] Enquanto nas últimas uma a duas décadas foram feitos conhecidos progressos na área da medicina e da biologia, particularmente na genômica, a abordagem convencional à medicina moderna, incluindo prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças como o câncer, tem fundamentalmente permanecido a mesma, e está ainda focada principalmente em metodologias macroscópicas. Técnicas atuais de diagnóstico de doenças utilizam, por exemplo, dados macroscópicos e informações, tais como temperatura, pressão arterial, imagens digitalizadas, níveis de componentes químicos medidos no corpo, etc. Até a eficácia de novos testes de ADN emergentes no diagnóstico de uma vasta gama de doenças em tempo real, confiáveis, exatos, rápidos e com formas de custo eficientes, não foi ainda estabelecida. Além disso, a grande maioria das técnicas de diagnóstico existentes são invasivas.
[002] Em relação ao tratamento de doenças, a situação é ainda pior. Até hoje, muitas operações são ainda altamente invasivas, têm um custo elevado, trazem um elevado risco de complicações e requerem demasiado tempo de recuperação. Alguns tratamentos até destroem a saúde das células ou dos tecidos. Um exemplo disso é o tratamento do câncer através de radiação, que mata não só as células cancerígenas, mas também células saudáveis e normais. Outro exemplo, são os tratamentos de doenças relacionadas com o sangue, que são geralmente intrusivos, de risco (ex., cirurgia de coração aberto), bastante caros e, em muitos casos, os pacientes não serão capazes de voltar à sua atividade de vida normal após a cirurgia.
[003] Do lado da prevenção, além das recomendações gerais de manter uma alimentação saudável e fazer exercício físico regularmente, as causas de muitas doenças, como o câncer, são ainda desconhecidas até esta altura. Esta falta de conhecimento relacionada com as etiologias das doenças conduz diretamente a uma falta de desenvolvimento de medicamentos de prevenção.
[004] Muitos dos problemas de diagnóstico, prevenção e tratamento na medicina moderna apresentados acima são, em grande medida devidos a, por exemplo, falta de compreensão da patologia a nível microscópico (nível de biologia da célula), falta de entrega eficaz dos medicamentos e mecanismos de reação eficientes, falta de monitoramento não invasivo ao nível microscópico bem como mecanismos e abordagens de prevenção, e falta de tecnologias e abordagens não invasivas, eficazes e objetivas ao tratamento da doença.
[005] Nos últimos anos, houve alguns esforços na área de utilização de nanotecnologias para aplicações biomédicas, principalmente para uso IN VITRO (fora do corpo). Este trabalho IN VITRO conduziu a desenvolvimentos moderados neste campo. Pantel discutiu o uso de um micro sensor eletromagnético (MSEM) para detectar células cancerígenas no sangue e na medula óssea IN VITRO. Ver Klaus Patel em Nature Reviews, 2008, 8, 329. Wozniak e Chen utilizaram pinças de laser e micro agulhas para medir forças geradas por amostras de células. Ver M.A. Wosniak em Nature Reviews, 2009, 10, 34, Kabena é discutido na patente americana n° 6,922,118, do desenvolvimento do MSEM para detectar agentes biológicos, enquanto Weissman é discutido na patente americana n° 6,330,885, utilizando o sensor MSEM para detectar o crescimento da questão biológica.
[006] Devido às limitações acima apresentadas, ao nível fundamental, muitos dos problemas enfrentados pela medicina moderna permanecem sem resolução, incluindo a detecção ao nível microscópico dos tratamentos IN VITRO, prevenção do câncer, detecção precoce e tratamento não invasivo com o mínimo de dano de tecidos e órgãos normais. Contudo, até à data, a maioria das publicações tem sido limitada a exemplos isolados para detecção IN VITRO, utilizando sistemas de estruturas relativamente simples e de vastas dimensões e frequentemente com funções limitadas. Não existe nenhum relatório sobre micro aparelhos (de tamanho menor ou igual a 5 milímetros) altamente integrados e multifuncionais para aplicações biomédicas avançadas, particularmente para aplicações IN VITRO (dentro do corpo) e a um nível microscópico.
[007] A presente invenção está geralmente relacionada com novos microdispositivos e a utilização dos mesmos para a realização de prevenção de doenças, diagnóstico ou tratamento a níveis microscópicos, utilizando uma vasta gama de novas funções alcançadas através da sua funcionalidade de integração a nível microscópico e utilizando técnicas de fabrico de microdispositivos tais como técnicas de fabrico de circuito integrado. Outras técnicas de fabrico que podem ser adequadas incluem, mas não estão limitadas a mecânicas, químicas, químico mecânicas, eletroquímico mecânicas, eletro bioquímico mecânicas, bioquímicas, bioquímico mecânicas, ópticas, óptico eléctricas, óptico eletromecânicas, termoquímica, termomecânica, termoquímica mecânica, e técnicas e processos de fabrico de circuito integrado e semicondutor.
[008] Em uma classe de aplicações, um microdispositivo inclui múltiplos componentes, com cada componente a ser tipicamente em tamanho de miniatura na ordem da célula sub biológica até as típicas células biológicas de tamanho completo (ou a partir de um mícron até várias centenas de mícrones). Múltiplos componentes de diversas funções podem ser integrados num simples microdispositivo para realizar uma variedade de funções incluindo, por exemplo, detecção de doenças, tratamento, e limpeza, geralmente a um nível microscópico.
[009] Dependendo da aplicação pretendida, o microdispositivo de ou usado na presente invenção pode ter um tamanho que varia desde um angstrom até 5 milímetros. As funcionalidades do microdispositivo incluem absorção, detecção, medição, diagnóstico, inspeção, análise, distribuição de medicamentos, absorção seletiva, adsorção seletiva, realização de procedimentos preventivos e intervenção cirúrgica, ou qualquer uma das suas combinações.
[0010] Neste aspecto, a presente invenção fornece microdispositivos para aplicações médicas ou para aplicações em sistemas biológicos vivos.
[0011] Em algumas configurações, cada dispositivo compreende uma membrana externa e uma propriedade selecionada do seguinte grupo de propriedades: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e de propriedades micro mecânicas supercondutoras, e os tamanhos dos microdispositivos variam entre aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros. Um microdispositivo com uma propriedade micromecânica pode, por exemplo, também ser designado de um dispositivo mecânico e normalmente significa que o microdispositivo efetua a função desejada devido a esta propriedade mecânica. Em alguns exemplos destas configurações, os microdispositivos incluem duas propriedades selecionadas a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras. Em outros exemplos, os microdispositivos podem também incluir uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo de propriedades: carga de superfície, potência química, correspondência geométrica, potência eletromagnética e eletroquímica de atração relacionada. Uma ou mais propriedades adicionais podem permitir a absorção do microdispositivo em um órgão biológico alvo ou em superfícies estruturadas de células.
[0012] Em algumas configurações, os microdispositivos podem ter a capacidade de diferenciar células cancerígenas de células normais. Eles efetuam esta função através, por exemplo, da medição das propriedades microscópicas das células, incluindo, mas não limitadas a propriedades bioquímicas, físicas, eléctricas, eletromagnéticas, bioquímicas, mecânicas, acústicas, térmicas e ópticas.
[0013] Em algumas configurações, os microdispositivos podem ter a capacidade de medir propriedades microscópicas de estruturas de órgãos e células (ex., para ter uma sonda de detecção), fazendo o diagnóstico de estruturas de órgãos e células a nível microscópico, distribuindo os químicos desejados para as estruturas de órgãos e células a nível microscópico (ex., para ter um micro injetor ou um micro recipiente com capacidades de distribuição), distribuindo medicamentos desejados para as estruturas de órgãos e células a nível microscópico e manipulando as estruturas de órgãos e células selecionadas a nível microscópico. Os microdispositivos podem efetuar a função pretendida de uma forma não invasiva ou em tempo real.
[0014] Em algumas configurações, os microdispositivos podem ter a capacidade de medir pelo menos uma das propriedades do seguinte grupo de propriedades: carga de superfície, potência de resistência, potência eletroquímica, potência eléctrica, permeabilidade da superfície, ângulo de contato, aderência, temperatura, densidade, fricção, dureza, tensão da superfície, concentração de resíduos químicos, nível hidrofóbico, nível hidrofílico, pH, taxa de fluxo líquido, pressão, propriedades ópticas, absorção, adsorção e composição.
[0015] Os microdispositivos desta invenção podem incluir um GPS, um sinal transmissor, um sinal receptor, um micromotor, um micro propulsor ou um chip de comunicação de frequência de rádio (FR). Como tal, os microdispositivos podem ter a capacidade de posicionar o local, identificar a localização, informar da localização e localizar o posicionamento.
[0016] Em outras configurações, os microdispositivos podem ainda compreender uma função selecionada a partir do seguinte grupo de funções: função de distribuição química, função de distribuição química controlada, ação mecânica, ação mecânica controlada, absorção seletiva, adsorção seletiva, detecção a nível microscópico, ação eletromecânica temporizada, ação eletromecânica controlada, ação eletroquímico mecânica controlada, ação eletrobiológica controlada, ação eletroquímico biológica controlada, ação eletroquímico biológico mecânica controlada, ação acionada baseada em sinais detectáveis e ação acionada baseada em instruções externas. Tal função pode ser o resultado de uma propriedade do microdispositivo ou uma subunidade específica do microdispositivo.
[0017] Em outras configurações, os microdispositivos podem ser acionados por uma função pré-programada para ações selecionada a partir do seguinte grupo de funções: distribuição química, ação de força mecânica, injeção de carga, emissão de luz, aplicação de voltagem, arrefecimento e aquecimento em estruturas orgânicas. Tal função pode ser programada em um chip inserido dentro do dispositivo, o qual tem uma memória e funções lógicas e pode ser acionado, por exemplo, quando se sente um sinal ou quando uma resposta tenha chegado ao valor predefinido, uma ação ou um conjunto de ações são tomadas e iniciadas. Em alguns casos, a função acionadora pode ser alcançada pelo emprego de um grupo de parâmetros selecionado a partir do seguinte grupo: carga, potência de repouso, potência eléctrica, potência eletroquímica, corrente de superfície, corrente de volume, permeabilidade da superfície, propriedade aderente, nível hidrofóbico, nível hidrofílico, propriedade de fluxo, campo eléctrico, campo magnético, campo acústico, temperatura, comprimento de onda e/ou intensidade da luz, força e coeficiente de fricção, dureza, pressão e sinais externos detectados pelo dispositivo.
[0018] Em algumas configurações, os microdispositivos podem ter uma capacidade de dissolução a um pH específico variando (ex., desde 6 até 8 ou desde 6.8 até 7.4) entre 30 segundos e 3 (três) dias. Isto significa que o os microdispositivos podem dissolver-se na variação do pH específico dentro desse período de tempo.
[0019] Em algumas configurações, os microdispositivos incluem material selecionado do seguinte grupo de materiais: polímero, orgânico e material inorgânico relativamente compatível com sistemas orgânicos. O termo “relativamente compatível” significa que o material é geralmente biocompatível com um corpo de um mamífero e não causa infecção, doença, desconforto ou outros efeitos negativos (tal como efeito imunogênico). Os microdispositivos podem ser fabricados utilizando um biomaterial ou um biomaterial em combinação com outro material, ou podem uma interface ou ser revestidos com um biomaterial. Biomateriais podem incluir materiais que surgem naturalmente, materiais sintetizados ou compostos de materiais que surgem naturalmente (incluindo auto-enxerto, aloenxerto e xeno enxerto) e materiais sintetizados. Exemplos de tais materiais incluem, mas não estão limitados a: silicone e dióxido de silicone, polisilicone, nitreto de silício, oxinitreto de silício, óxido de carbono, e nitreto de carbono, polímeros utilizados em dispositivos de acondicionamento (os quais se esperam ser compatíveis devido à sua inércia), lipídeos, peptídeos, hidroxiapatita (HA), fosfato de cálcio, carbonato de cálcio, fosfato de magnésio, fosfato de amónio, silicatos e conchas.
[0020] Em algumas configurações, os microdispositivos podem ter um tamanho que varia desde 1 angstrom até cerca de 100 milímetros (ex., para estrutura da célula, ADN, ou aplicações relacionadas com bactérias, para análise e teste em células humanas), desde cerca de 1 angstrom até cerca de 100 mícrones (ex., para aplicações de ligação seletivas), desde cerca de 0.01 mícrones até cerca de milímetros, desde cerca de 10 mícrones até cerca de 2 milímetros, ou desde cerca de 100 mícrones até cerca de 1.5 milímetros.
[0021] Em algumas configurações, os microdispositivos incluem um material com múltiplos subdispositivos integrados em uma unidade, com uma ou mais funcionalidades. Exemplos de materiais adequados, mas não estão limitados a: polímeros orgânicos, materiais orgânicos, materiais biológicos, materiais bioquímicos, condutores inorgânicos, semicondutores inorgânicos, isoladores inorgânicos e cerâmicas. Exemplos de materiais biológicos adequados incluem, mas não estão limitados a: materiais biológicos artificiais, materiais biológicos naturais, materiais biológicos agrícolas, e combinações de materiais biológicos naturais e artificiais.
[0022] Em algumas configurações, o microdispositivo é um microdispositivo integrado incluindo pelo menos uma das seguintes funções: detecção, medição, cálculo, análise, diagnóstico, processo lógico (tomada de decisão), transmissão e operação ou funções cirúrgicas.
[0023] Em outras configurações, os microdispositivos podem ainda incluir equipamento selecionado a partir do seguinte grupo: comparador de voltagem, sonda de quatro pontos, calculadora, circuito lógico, unidade de memória, micro cortador, micro martelo, micro escudo, micro secador, micro pin, micro lâmina, micro agulha, micro suporte de fio, micro pinça, micro absorvente óptico, micro espelho, micro escudo, micro roldana, micro filtro, micro cutelo, micro retalhador, micro bombas, micro absorvente, micro sinal detector, micro furador, micro agarrador, micro verificador, micro recipiente, micro puxador, transmissor de sinal, gerador de sinal, sensor de fricção, sensor de carga eléctrica, sensor de temperatura, detector de dureza, gerador de ondas acústicas, gerador de ondas ópticas, gerador de calor, micro refrigerador, e gerador de carga. Estes termos são bem conhecidos no campo e as suas definições gerais aplicam-se a esta invenção. Um filtro pode ser, por exemplo, um microdispositivo (ou um sub microdispositivo) que pode separar vários componentes pelo seu tamanho; um produto de limpeza pode ser um microdispositivo capaz de lavar, polir, esfregar, e escovar uma superfície; uma bomba pode ser um microdispositivo que pode transportar um determinado item de uma localização até outra; um retalhador pode ser um microdispositivo com lâminas e lados afiados capaz de transformar um item de maiores dimensões em pedaços. Ainda em outras configurações, os microdispositivos incluem um agente de limpeza, um filtro, um retalhador, um injetor e uma bomba; um agente de limpeza, um filtro, um retalhador, e um injetor; uma unidade de polimento com uma almofada de polimento, ou um sensor, uma micro ponta para recolha de amostras, uma micro ordem para testar as amostras recolhidas, uma unidade de análise de dados, e um transmissor de sinal.
[0024] Em algumas configurações, os microdispositivos podem funcionar como micro verificadores para mensuração contínua e análise de sistemas biológicos vivos para detecção precoce e prevenção de doenças.
[0025] Alternativamente, os microdispositivos podem servir para aplicações IN VITRO fora de um sistema biológico, incluir uma membrana externa e uma ou mais propriedades selecionadas a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras, e ter um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros.
[0026] Os microdispositivos podem também ser utilizados em aplicações médicas tais como limpeza de artérias e detecção precoce do câncer e prevenção IN VIVO.
[0027] Consequentemente, a invenção fornece também métodos de utilização dos microdispositivos desta invenção para limpeza de material biológico. Cada método inclui aumentar a fasquia pondo o microdispositivo em contato com o material biológico, em que o microdispositivo inclui uma membrana externa e uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras; e o microdispositivo tem um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros. Exemplos de material biológico a ser limpo incluem, mas não estão limitados a uma veia ou artéria num mamífero. O processo de limpeza pode ser executado através de, por exemplo, polimento mecânico, esfregaço mecânico, polimento químico mecânico, dissolução química, passivação química, tratamentos químicos, tratamentos biológicos, polimento com dissolução química, contribuição laser, ou uma combinação disso.
[0028] Em algumas configurações, o método reivindicação 38 inclui ainda os passos de entrega do microdispositivo na área geral do material biológico; opcionalmente medindo a temperatura local, pressão local, força de fricção local, carga de superfície local, potência de repouso local, potência eléctrica local, propriedade de superfície local, composição local, ou taxa de fluxo do fluído local; opcionalmente desencadeando funções de limpeza; efetuando limpeza; opcionalmente recolhendo detritos provenientes da limpeza do micro coletor e limpando os mesmos; e opcionalmente recolhendo detritos provenientes do micro filtro e limpando os mesmos.
[0029] Em outras configurações, o método inclui ainda os passos de distribuição de um microdispositivo nas veias; opcionalmente compreendendo e analisando os dados recolhidos, por exemplo, pressão local; opcionalmente desencadeando funções de limpeza quando a localização específica do vaso sanguíneo é alcançada; limpando a placa e os depósitos da parede da veia na localização específica; opcionalmente injetando os químicos desejados no bloqueio para ser limpa e para suavizar a placa enquanto é limpa, evitando a formação de bastantes detritos provenientes da ruptura da placa, e minimizando possíveis danos para as veias; opcionalmente dissolvendo o microdispositivo seguindo a finalização da limpeza ou filtrando-o através da filtragem do sangue; opcionalmente filtrando o microdispositivo e os detritos através da filtragem do sangue durante e a seguir à finalização da limpeza; e opcionalmente executando tratamentos de pós-limpeza através do microdispositivo.
[0030] Ainda outro aspecto desta invenção fornece métodos para distribuição de múltiplas doses de medicamentos a uma localização alvo in vivo, cada um incluindo os passos de transporte de um microdispositivo para a localização específica; distribuindo o primeiro medicamento para uma localização específica; e distribuindo uma segunda dose do medicamento para uma localização específica dentro de um intervalo de tempo pretendido desde o tempo de entrega da distribuição inicial, em que o microdispositivo compreende uma membrana externa e uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletro mecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras; e o microdispositivo tem um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros.
[0031] Em algumas configurações, cada dose distribui um medicamento diferente. Em outras configurações, os medicamentos são de diferentes composições químicas e a distribuição do primeiro medicamento realça a seletividade ligada ao segundo medicamento.
[0032] Alternativamente, a invenção fornece métodos de utilização de um microdispositivo para fins médicos, em que o microdispositivo compreende uma membrana externa e uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras; o microdispositivo tem um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros; e o fim médico a que se destina é selecionado a partir do seguinte grupo: distribuição do medicamento, corte, remoção, polimento, transporte, ligamento, diagnóstico, detecção, proteção seletiva, remoção alvo, medição, tratamento do câncer ou doenças do sangue relacionadas, e assistência a funções de tratamento médico na estrutura celular ou ao nível dos micro órgãos numa área específica (numa escala até cerca de 500 mícrones).
[0033] Em outras configurações, o método é utilizado para o tratamento do câncer e inclui os seguintes passos: ligação seletiva de microdispositivos com funções de distribuição do medicamento em células cancerígenas; ativação da função de injeção nos microdispositivos; e injeção do medicamento nas células cancerígenas. Alternativamente, o método pode incluir os seguintes passos: ligação seletiva de microdispositivos com elevada refletividade óptica em células saudáveis; execução do tratamento a laser para destruir células doentes; e remoção de células doentes no tratamento devido à exposição ao laser.
[0034] Em algumas configurações, o microdispositivo utilizado para estes métodos pode incluir uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo: unidade de sensor de sinal, unidade de memória, unidade de processamento lógico, sinal transmissor, e micro cirurgia; o microdispositivo executa a função de diagnóstico, detecção, ou medição; e o método pode incluir os seguintes passos: distribuição do microdispositivo para um local de medição específica; execução de medição no local específico; gravar dados em uma unidade de memória; analisar os dados executados pelo microdispositivo; decidir o curso e o tipo de micro operações baseado em análise de dados e em decisões pré-programadas de lógica pelo microdispositivo; e executar micro operações no local específico.
[0035] Ainda em outras configurações, os microdispositivos incluem uma unidade de medição da propriedade eléctrica e esta tem a capacidade de detectar células cancerígenas num local específico; e o método compreende os seguintes passos: distribuição do microdispositivo ao local específico; medição no local específico de uma ou mais propriedades selecionadas do seguinte grupo: carga de superfície, densidade da carga, potência de repouso, potência eléctrica, potência eletroquímica, corrente de superfície, corrente de volume, e densidade de corrente. Podem ainda incluir um comparador de voltagem, o qual, por exemplo, tem uma sensitividade de medição de voltagem maior do que 1mV.
[0036] Em algumas configurações, os métodos podem ser utilizados para a detecção de células cancerígenas num local específico e incluem os seguintes passos: distribuição do microdispositivo ao local específico; e medição, no local específico, de um ou mais parâmetros selecionados do seguinte grupo: carga de superfície, potência de descanso, potência eletroquímica, potência eléctrica, corrente de superfície, corrente de volume, permeabilidade de superfície, ângulo de contato, propriedades aderentes, temperatura, densidade, fricção, dureza, tensão de superfície, vestígios de concentração química, pH, taxa de fluxo de líquido, pressão, propriedades ópticas, absorção, adsorção, e composição.
[0037] Os microdispositivos desta invenção podem ser fabricados pelos seguintes métodos conhecidos neste campo, por exemplo, um ou mais métodos selecionados do seguinte grupo: método de fabrico de circuito integrado, método de fabrico semicondutor, método de fabrico mecânico, método de processamento químico, método de resumo, método de processamento eletroquímico, método de processamento biológico, método de processamento bioquímico, método de fabrico mecânico, e método de processamento de laser.
[0038] Deste modo, um outro aspecto da presente invenção é a utilização de microdispositivos para a obtenção de dados e informação em tempo real ao nível da estrutura da célula de uma forma não invasiva, tal como a utilização de um micro comparador de voltagem, uma sonda de quatro pontos e outros designs de circuito para medir a carga de superfície da célula. A diferenciação da carga de superfície da célula pode ser um fator importante na decisão do estado saudável ou doente da célula e, se necessário, o tratamento adequado do mesmo. Um exemplo seria a utilização de tais dispositivos para medição da superfície e/ou propriedades eléctricas de volume incluindo a potência de repouso e a carga de superfície para diferenciarem células normais de células cancerígenas.
[0039] Ainda outro aspecto da presente invenção é a utilização de um microdispositivo para distribuir medicamentos a localizações específicas dentro do corpo humano e com diferenciação entre células saudáveis e doentes (cancerígenas, por exemplo). Isto pode ser alcançado através de absorção seletiva ou através de absorção de um microdispositivo em células saudáveis ou doentes (tal como células cancerígenas). Por exemplo, para remover a parte doente de um órgão com cirurgia laser, podem ser utilizados microdispositivos com elevada refletividade óptica para a absorver seletivamente em células saudáveis, protegendo, deste modo, células boas de serem removidas e/ou eliminadas através de tratamento laser.
[0040] Tal como aqui utilizado, o termo “ou” significa que se deve incluir ambos “e” e “ou”.
[0041] Tal como aqui utilizado, um termo que consiste na palavra “uma” ou “um” e um substantivo comum, inclui o significado do substantivo na sua pluralidade.
[0042] Tal como aqui utilizado, um “microdispositivo” ou “microdispositivo” pode ser qualquer um de uma vasta gama de materiais, propriedades, formas, níveis de complexidade e integração, ou as combinações das mesmas conforme apropriado. O termo tem um significado geral para uma aplicação desde um simples material até um dispositivo bastante complexo, compreendendo múltiplos materiais com múltiplas subunidades e múltiplas funções. A complexidade contemplada na presente invenção varia desde uma simples partícula, muito pequena, com um conjunto de propriedades desejadas até uma unidade integrada, bastante complicada, com várias unidades funcionais. Um simples microdispositivo poderá, por exemplo, ser um simples artigo esférico de fabrico com um diâmetro tão pequeno como 100 angstroms como uma dureza desejada, uma carga de superfície desejada, ou uma química orgânica desejada absorvida na sua superfície. Um microdispositivo mais complexo poderá ser um dispositivo de 1 milímetro com um sensor, uma simples calculadora, uma unidade de memória, uma unidade lógica, e um cortador, todos integrados no mesmo. No caso anterior, a partícula pode ser formada através de um processo de precipitação coloidal ou pirogênico, enquanto o dispositivo com vários componentes integrados no mesmo pode ser fabricado utilizando vários processos de fabrico de circuito integrado.
[0043] Um microdispositivo de ou utilizado na presente invenção pode ter um tamanho (ex., diâmetro) que varia desde a ordem de cerca de 1 angstrom até uma ordem de cerca de 5 milímetros. Por exemplo, um microdispositivo cujo tamanho varie desde uma ordem de cerca de 10 angstroms até uma ordem de 100 mícrones, pode ser utilizado nesta invenção para alcançar moléculas biológicas, entidades ou composições de pequeno tamanho tal como estruturas celulares, DNA e bactéria. Ou, um microdispositivo cujo tamanho varie desde uma ordem de cerca de um mícron até uma ordem de cerca de 5 milímetros pode ser utilizado na presente invenção para alcançar grandes matérias biológicas tal como uma parte de um órgão humano. Como exemplo, um microdispositivo simples definido na presente aplicação pode ser uma simples partícula com um diâmetro de menos de 100 angstroms, com propriedades de superfície desejadas (ex., com uma carga de superfície ou um revestimento químico) para absorção preferencial ou para absorção num tipo de célula específico.
[0044] A palavra “absorção” normalmente significa uma ligação física entre a superfície e o material anexado à mesma (absorvido nela, neste caso). Por outro lado, “adsorção” normalmente significa uma ligação química mais forte entre os dois. Estas propriedades são muito importantes para a presente invenção pois as mesmas podem ser efetivamente utilizadas como anexos alvo pelos microdispositivos desejados para (a) medição a nível microscópico, (b) remoção alvo de células doentes, e (c) proteção de células saudáveis durante tratamentos, tais como cirurgia a laser.
[0045] Tal como aqui utilizado, o termo “químicos” normalmente refere-se a um material químico de certas atividades (ex., um composto maior ou mais pequeno) ou um composto que pode reagir com uma substância na área específica de distribuição).
[0046] Através de novos microdispositivos, as suas novas combinações e integrações, e um fluxo de processo de operação integrado, vários problemas na medicina dos nossos dias podem ser resolvidos. Em particular, com a presente invenção, um microdispositivo pode ser utilizado para “limpeza” biológica de órgãos, por exemplo, para limpar veias por forma a prevenir ataques cardíacos, avcs e coagulação das artérias devido a placas e depósitos gordos nas veias. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Fig.1 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que pode atuar como um micro injetor, mostrando o microdispositivo antes e depois de o processo de injeção ser completado. A Fig.2 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que atua como um micro polidor. A Fig.3 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que atua como um micro polidor, um microfiltro, um micro injetor, um micro sensor e um micro retalhador. A Fig.4 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que atua como uma micro lâmina. A Fig.5 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que atua como um microfiltro. A Fig.6 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo que atua como um micro escudo. A Fig.7 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo em um vaso sanguíneo à medida que se aproxima da parede do vaso. A Fig.8 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo em um vaso sanguíneo à medida que sente uma mudança na pressão à volta da placa, desencadeando a função de limpeza do microdispositivo. A Fig.9 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo em um vaso sanguíneo depois de o dispositivo ter limpo a placa da parede do vaso. A Fig.10 é uma vista em perspectiva ampliada de um grupo de células saudáveis e de um grupo de células doentes, células cancerígenas. A Fig.11 é uma vista em perspectiva ampliada de um grupo de células saudáveis e de um grupo de células doentes, células cancerígenas, com microdispositivos atuando como comparadores de voltagem em ambos os conjuntos de células. A Fig.12 é uma vista em perspectiva ampliada de um grupo de células saudáveis e de um grupo de células doentes, células cancerígenas. A Fig.13 é uma vista em perspectiva ampliada de um grupo de células saudáveis e de um grupo de células doentes, células cancerígenas, com microdispositivos ou adsorvidos ou absorvidos apenas nas células saudáveis. A Fig.14 é uma vista em perspectiva ampliada de um microdispositivo integrado com várias subunidades sendo estas um micro cortador, uma micro agulha, uma unidade de memória, uma unidade para análise e processamento lógico, um micro sensor e um sinal transmissor. A Fig.15 é uma vista em perspectiva de um microdispositivo com uma unidade de detecção, uma unidade lógica e um micro injetor.
[0047] A presente invenção fornece novos microdispositivos para aplicações biológicas, os quais são esperados que resolvam um número crítico de problemas na abordagem moderna à medicina. Estes problemas incluem falta de, por exemplo, compreensão na patologia e prevenção de um número de doenças mortais; diagnóstico microscópico e efetivo de vários estádios da doença; e um sistema de distribuição do medicamento eficaz e objetivo e tratamento para doenças mortais, tais como o câncer.
[0048] Um microdispositivo da presente invenção pode ter um tamanho que varia desde cerca de 1 angstrom até cerca de 5 milímetros (ex., desde cerca de 1 angstrom até cerca de 100 mícrones; ou desde cerca de 100 mícrones até cerca de 5 milímetros). Um dispositivo mais pequeno (ex., desde cerca de 1 angstrom até cerca de 100 mícrones) pode ser utilizado para fins de detecção, medição, e diagnóstico, particularmente para a obtenção de informação e dados ao nível da estrutura celular ou ao nível molecular (ex., ADN, RNA, ou proteína); enquanto, um dispositivo maior (ex., desde cerca de 100 mícrones até cerca de 5 milímetros) pode ser utilizado em operações mecânicas ou cirúrgicas de um órgão humano ou de um tecido humano, exceto para manipulação ao nível da estrutura celular.
[0049] Com foi aqui estabelecido, o termo geral “microdispositivo” pode significar uma variada gama de materiais, propriedades, formas, graus de complexidade e integrações, ou uma combinação dos mesmos. A complexidade contemplada na presente investigação varia desde muito pequena, partícula simples com um conjunto de propriedades desejadas até uma unidade integrada bastante complicada compreendendo várias subunidades funcionais. Por exemplo, um microdispositivo simples poderá ser um simples artigo de fabrico esférico com um diâmetro tão pequeno como 100 angstroms com uma dureza desejada, uma carga de superfície desejada, ou uma composição química desejada absorvida na sua superfície. Um microdispositivo mais complexo poderá ser um dispositivo de 1 milímetro com um sensor, uma simples calculadora, uma unidade de memória, uma unidade lógica, e um cortador, todos integrados no mesmo. No caso anterior, a partícula pode ser formada através de um processo de precipitação coloidal ou pirogênico, enquanto o dispositivo com vários componentes integrados no mesmo pode ser fabricado utilizando vários processos de fabrico de circuito integrado.
[0050] Os microdispositivos da presente invenção podem ter uma variada gama de designs, estruturas e funcionalidades. Estas incluem, por exemplo, um comparador de voltagem, uma sonda de quatro pontos, uma calculadora, um circuito de lógica, uma unidade de memória, um micro cortador, um micro martelo, um micro escudo, um micro secador, um micro pin, uma micro lâmina, uma micro agulha, um micro suporte de fio, micro pinças, um micro absorvente óptico, um micro espelho, uma micro roldana, um micro filtro, um micro cutelo, um micro retalhador, micro bombas, um micro absorvente, um micro sinal detector, um micro perfurador, um micro agarrador, um micro verificador, um micro recipiente, um sinal transmissor, um sinal gerador, um sensor de fricção, um sensor de carga eléctrica, um sensor de temperatura, um detector de dureza, um gerador de ondas acústicas, um gerador de ondas ópticas, um gerador de calor, um micro refrigerador, e um gerador de carga.
[0051] Tal como aqui divulgado, a variedade de funcionalidades e aplicações que utilizam os microdispositivos podem ser extremamente poderosas devido às suas propriedades diversas, elevado grau de flexibilidade, e habilidade de integração e miniaturização.
[0052] Além disso, deve ser notado que os avanços em tecnologias de fabrico tornaram-se agora altamente possíveis e com custos efetivos para o fabrico de uma vasta gama de microdispositivos e de várias funções do dispositivo. A célula humana típica tem um tamanho de cerca de 10 mícrones. Utilizando técnicas de fabrico de circuito integrado, o tamanho mínimo característico definido em um microdispositivo pode ser tão pequeno como 0.1 mícron. Portanto, os microdispositivos desta invenção são ideais para aplicações biológicas.
[0053] Em termos de materiais para os microdispositivos, o princípio geral será o da compatibilidade do material com os materiais biológicos. Uma vez que o tempo de contato com um material biológico (ex., moléculas biológicas com ADN, RNA ou proteína; célula; grupo de células; tecido; ou órgão) pode variar, dependendo das suas aplicações, materiais diferentes devem ser selecionados para o fabrico desta invenção ou algumas subunidades do mesmo. Em alguns casos, os materiais podem-se dissolver num dado pH de uma forma controlada e devem, assim, ser selecionados como material adequado. Outras considerações incluem o custo, simplicidade, facilidade de utilização e aspecto prático. Com os avanços significativos em microtecnologias de fabrico, tal como tecnologia de fabrico de circuito integrado, dispositivos altamente integrados com um tamanho característico mínimo de 0.1 mícron podem ser agora feitos de forma económica e comercializados. Um exemplo é o design e o fabrico de microdispositivos eletromecânicos (MDEM), os quais são agora utilizados numa vasta variedade de aplicações na indústria dos circuitos integrados.
[0054] As secções seguintes incluem vários exemplos da utilização de vários tipos de microdispositivos da presente invenção que podem ser utilizados para novas aplicações biológicas.
[0055] Acredita-se que antes da presente invenção não existiam sondas para medir propriedades microscópicas em tempo real, ao nível celular in órgãos vivos (in vivo). Os novos microdispositivos fornecidos pela presente invenção podem medir propriedades celulares em órgãos vivos. É esperado que a informação proveniente da medição possa ser recuperada em tempo real para uso como uma ferramenta de diagnóstico.
[0056] Por exemplo, um microdispositivo desta invenção pode ser utilizado para detectar uma célula cancerígena num órgão vivo de uma forma não invasiva. A figura 10 ilustra uma área no corpo humano com um número de células saudáveis (ou normais) - “a” 39 e um número de células doentes (ou anormais) “b” 40. As propriedades eléctricas, tais como carga eléctrica e potência de descanso, das células saudáveis “a” 39 são diferentes das propriedades eléctricas das células doentes “b” 40. Primeiro, o microdispositivo com um comparador de voltagem é calibrado para medir a carga de superfície (ou voltagem) nas conhecidas células saudáveis. A seguir, tal como mostra na figura 11, para uma área que contém ambas as células, saudáveis (39) e doentes (40), um microdispositivo (41) com comparadores de voltagem (42) é utilizado para examinar a área. Através da comparação de voltagens na superfície da célula (diferença nas cargas ou na potência), as células doentes (40) podem facilmente ser diferenciadas das células saudáveis (39). Estes microdispositivos (41) podem ser facilmente alargados para realizar funções de identificação, medição e tratamento das células cancerígenas através da integração de um comparador de voltagem, uma unidade de circuitos lógica, e um micro injetor (agulha) que pode distribuir, por exemplo, agentes que matam especificamente as células cancerígenas.
[0057] Até à data, muitos medicamentos utilizados no tratamento do câncer não mostraram os resultados promissores esperados em testes humanos, apesar de testes laboratoriais em ratos terem sido bem-sucedidos. Acredita-se que possam existir problemas maiores relacionados com o sucesso e eficácia da distribuição do medicamento às células cancerígenas alvo. Uma vez que tais medicamentos são habitualmente tomados sob a forma de comprimido ou através de injeção no corpo, podem existir sérios problemas de alcance do medicamento aos locais cancerígenos alvo. Mesmo que um medicamento possa alcançar o seu local alvo, a sua força (concentração) e composição química podem ter sido alteradas, tornando-o parcialmente ou totalmente ineficaz. Um aumento na quantidade de medicamento distribuída desta maneira aumentará os efeitos secundários e causará possivelmente um aumento na mortalidade.
[0058] Na presente invenção, o novo e eficaz sistema de distribuição de medicamento espera corrigir os problemas acima mencionados. Tal como mostra a figura 15, é utilizado um microdispositivo (64) com uma unidade de detecção (62), uma unidade lógica (63) e um micro injetor (61). O microdispositivo (64) é desenhado de uma maneira que irá absorver (ou adsorver) preferencialmente apenas as células doentes. Alternativamente, o sensor (62) pode detectar células doentes através da medição de propriedades físicas, químicas, eléctricas e biológicas desejadas das células, sendo detectadas e ligadas às células doentes detectadas. Uma vez que o microdispositivo (64) é ligado à célula doente, este injetará um ou mais agentes que matam o câncer na célula cancerígena através de um micro injetor (61). Para garantir que as células saudáveis não são injetadas devido a erro na ligação, uma unidade lógica (63) poderá ser utilizada para tomar uma decisão acertada baseada no sensor de dados a partir da célula ligada, através da unidade de detecção (62). Uma vez que esta abordagem é uma abordagem alvo com um medicamento que mata o câncer distribuído diretamente nas células doentes, é esperado que a sua eficácia aumente consideravelmente em relação às terapias padrão que são utilizadas convencionalmente no atual tratamento do câncer.
[0059] Outra grande área de focagem para esta invenção é o novo tipo de microdispositivos para fins de “limpeza”, em particular, para a “limpeza” de veias e artérias humanas. A figura 7 ilustra uma parede do vaso sanguíneo (30), um microdispositivo (32) atravessando uma direção (33), um coágulo de sangue (36), uma baixa tensão arterial P1 (34) e uma baixa tensão arterial P2 (35). Neste tipo de aplicações, a presente invenção é um microdispositivo (32) com, pelo menos um, agente de limpeza ligado a nele. Um microdispositivo mais completo será composto por, pelo menos, um sensor, um microfiltro, um injetor, um retalhador e uma bomba.
[0060] Como mostra a figura 8, um microdispositivo (32) com funções de detecção e de limpeza integradas (37) (para medição local da pressão) pode ser utilizado por aplicações de limpeza de artérias e veias. Neste caso, a pressão local é maior onde a placa (36) está localizada em P2 (35) dentro da parede do vaso sanguíneo (30). O dispositivo está a mover-se dentro das paredes do vaso (30) em direção (33) à placa (36). O dispositivo (32) sente este aumento na pressão local à medida que se aproxima da placa, desencadeando a função de limpeza (37) a ser implantada.
[0061] A figura 9 ilustra a parede do vaso sanguíneo (30) após o microdispositivo (32) com a função de limpeza (37) ter limpo a placa a partir de uma área 38 dentro da parede do vaso sanguíneo (30). Este é apenas um dos muitos exemplos onde um microdispositivo apresentado nesta aplicação pode ser utilizado como um dispositivo para aplicações biológicas “inteligente”, de uma forma não invasiva e em tempo real.
[0062] Na figura 3, é apresentado um microdispositivo mais aperfeiçoado (17), que é composto por um braço de limpeza (8) e agentes de limpeza (9), sensores (15), microfiltros (13) e (14), micro retalhadores (11), e micro injetores (16). Este design tem como objetivo facilitar o processo de limpeza e garantir que os detritos provenientes da limpeza são reduzidos em pedaços muito mais pequenos por forma a serem completamente removidos e para não causarem um coágulo em outras áreas do corpo humano. O agente de limpeza tem, tipicamente, uma capacidade de polir e esfregar, enquanto os filtros são utilizados para filtrar os detritos provenientes da limpeza e prevenir os mesmos de se moverem para outras partes do corpo causando problemas de coagulação. O injetor é utilizado para dispensar agentes de dissolução para dissolver os detritos provenientes da limpeza do microdispositivo; pode também distribuir agentes para facilitar o processo de “limpeza” (polimento). Um micro retalhador (11) pode ser usado para desfiar os detritos relativamente grandes provenientes da atividade de limpeza (se existir alguma). A unidade de limpeza pode, mais especificamente, ser uma almofada de polimento (9) feita de material ou material(ais) polimérico(s) com a aspereza desejada para polimento e esfregaço. Para reduzir a força mecânica e evitar quebra da placa em grandes pedaços, pode ser aplicada uma solução de polimento na ponta do micro polidor, com o uso de um injetor (16). Como método preferencial, a placa é polida camada por camada (algumas camadas únicas com uma espessura de cerca de 10 angstroms), com uma taxa de remoção controlada. Prefere-se um processo de polimento químico-mecânico equilibrado onde ambas, a reação química de superfície e a abrasão química, estão presentes, com a abrasão mecânica controlada a um nível suficientemente baixo para não causar a quebra da placa. Entretanto, são utilizados microfiltros (13) e (14) para garantir que nenhuns grandes detritos possam deixar a área de limpeza e causem danos a outras partes do corpo humano. Para pacientes com propensão à acumulação de depósitos nas suas veias, deve ser utilizado regularmente o método de limpeza apresentado para reduzir o risco de ataque cardíaco e AVC, e para reduzir o grau de dificuldade em processos de limpeza seguintes.
[0063] Uma vez que o diâmetro das artérias principais é tipicamente de alguns milímetros (cerca de 2mm até 4mm de diâmetro), o tamanho de um microdispositivo para este tipo de aplicação de limpeza (para limpeza de artérias principais) pode variar desde cerca de 10 mícrones até menos de 2 milímetros, por exemplo, desde cerca de 100 mícrones até cerca de 1.5 milímetros.
[0064] Os microdispositivos apresentados nesta invenção são adequados a tratamento médico específico para removerem ou destruírem células doentes ou partes de órgãos, enquanto minimizam os danos das células saudáveis e outros órgãos. Isto pode ser executado com um elevado grau de seleção, pode ser não invasivo e pode ser feito de uma forma microscópica.
[0065] A figura 12 ilustra uma área do corpo humano com um número de células saudáveis (39) e um número de células doentes (40). Na figura 13, células saudáveis (39) são primeiramente cobertas com microdispositivos (43) (com o nome de micro escudos) com uma elevada refletividade óptica para utilização em cirurgia a laser utilizando um processo de contribuição óptica. Em seguida, células doentes (40), tais como células cancerígenas, são removidas através de contribuição óptica, enquanto células saudáveis (39) são protegidas pelos micro escudos (43). Esta ligação seletiva dos micro escudos (43) a células saudáveis é possível através de adsorção (ou absorção) de superfície entre os microdispositivos e as células saudáveis, através do processo de detecção do microdispositivo e/ou através de propriedades desejadas do microdispositivo tais como atração de carga. Os microdispositivos podem, por exemplo, ser desenhados e programados de tal forma que os mesmos se liguem apenas a células saudáveis através da medição da carga de superfície e consequente decisão e ação lógicas tal como descrito na acima na figura 11.
[0066] Outra configuração da presente invenção para tratamento específico é a utilização de um microdispositivo integrado com detecção, processamento lógico e funções de injeção. O microdispositivo utiliza primeiro uma função de detecção para localizar o seu alvo. Depois, o microdispositivo liga-se ao alvo. Finalmente, o microdispositivo injeta agentes que matam o câncer nas células cancerígenas.
[0067] Tal como aqui apresentado, vários microdispositivos capazes de realizar uma vasta gama de funções podem ser empregues para alcançar objetivos específicos. Da figura 1 até à figura 6 são apresentados alguns exemplos de microdispositivos capazes de executar microcirurgias.
[0068] A figura 1 ilustra um microdispositivo (6) antes do mesmo ser acionado e um microdispositivo (7) depois do mesmo ser acionado. O dispositivo (6) compreende uma membrana externa (1), uma unidade de detecção (2), um fundo (3) e uma área (4) na qual vários agentes podem ser guardados antes do microdispositivo ser acionado. O dispositivo acionado (7) tem uma área (5) que é esvaziada quando o fundo (3) é empurrado verticalmente para expulsar os conteúdos da área (4). A figura 2 ilustra um microdispositivo (10) com uma função de polimento/purificação (9) ligado a um braço de extensão (8) fora da membrana externa (1). A figura 4 ilustra um microdispositivo (20) com uma membrana externa (1), um anexo vertical (19) com uma ponta de faca de corte (18). A figura 5 ilustra um microdispositivo (25) com um lado superior (24), uma membrana externa (21), uma série de entradas (22) no lado superior (24) com as entradas (22) a estenderem-se completamente) ao longo da passagem (23) para o lado inferior (26) através do microdispositivo (25). A figura 6 ilustra um microdispositivo (29) com um corpo (27) com uma parte refletiva (28) ligada ao topo do corpo (27).
[0069] Deve-se dar ênfase ao facto de que para aplicações cirúrgicas reais serão preferidos os microdispositivos integrados com múltiplos componentes funcionais e múltiplas funcionalidades, e os mesmos serão os mais eficazes e os instrumentos mais versáteis para cirurgias. O facto de estes dispositivos executarem cirurgia de uma forma invasiva ao mínimo e a um nível microscópico com elevada precisão e a elevada seletividade com um dano mínimo dos órgãos e das células saudáveis são vantagens claras destes dispositivos “inteligentes” apresentados nesta invenção.
[0070] Um exemplo de um microdispositivo integrado inclui pelo menos um sensor, uma unidade de memória, uma unidade de processamento lógico, um sinal transmissor, um sinal receptor, pelo menos um micro injetor, múltiplas micro lâminas, múltiplas micro agulhas, pelo menos um par de micro pinças, e pelo menos um micro suporte de fio. Estes microdispositivos integrados serão capazes de executar algumas operações cirúrgicas básicas. Na figura 14 é apresentado um exemplo de um microdispositivo integrado. A figura 14 ilustra um microdispositivo integrado (43) com uma membrana externa (44), uma unidade de detecção (47) ligada a um braço de detecção (48) ligado a uma unidade de memória (50) através de um atalho (51) a uma unidade de análise/lógica (52) ligada através de um atalho (46) a um sinal transmissor (45), a unidade (52) ligada através de um atalho (53) a uma unidade de micro agulha (55) alcançando externamente através de uma agulha (54) estendendo-se para além da membrana externa (44) e a unidade (52) ligada através de um atalho (56) a uma unidade de micro cortador (57) com um braço de extensão (58) que tem uma ponta cortante (59).
[0071] Assim, é evidente que foi fornecido, de acordo com a invenção aqui apresentada, um microdispositivo para aplicações biológicas, particularmente para a detecção de doenças, tratamento, e prevenção a nível microscópico em sistemas biológicos vivos, que satisfaz completamente as necessidades e vantagens aqui estabelecidas. Ainda que configurações específicas tenham aqui sido ilustradas, será apreciado por aqueles com habilidade no ofício que possam ser feitas modificações e variações sem se afastarem do espírito da invenção. Assim, não se pretende que a invenção seja limitada pela descrição aqui feita. Qualquer combinação dos microdispositivos apresentados nesta invenção e quaisquer extensões óbvias dos microdispositivos para aplicações biológicas serão cobertos por esta invenção. Adicionalmente, qualquer integração para a detecção de doenças, prevenção e tratamento incluindo operações cirúrgicas no corpo humano vivo dos microdispositivos apresentados, são aqui apresentados. Assim, se pretende que esta invenção envolva qualquer disposição, a qual é calculada para alcançar esse mesmo objetivo, e que tais variações e modificações sejam abrangidas no âmbito das queixas anexadas.
[0072] A atenção do leitor é direcionada para todos os papéis e documentos que são concorrentemente preenchidos com esta especificação e os quais estão abertos ao público para inspeção, e os conteúdos de tais papéis e documentos estão aqui incorporados para referência. Todas as características apresentadas nesta especificação (incluindo quaisquer pedidos anexados, resumo e figuras) devem ser substituídas por características alternativas com o mesmo ou propósito equivalente, a menos que expressamente estipulado o contrário. Assim, a menos que estipulado o contrário, cada característica apresentada é um exemplo de uma série genérica de características equivalentes ou idênticas.
[0073] Qualquer elemento num pedido que não declare explicitamente “os meios para” realizar uma função específica, ou “o passo para” ou “o passo de” realizar uma função específica, não será interpretado como uma cláusula de “meio” ou “passo” como especificado na 35 USC página 112 parágrafo 6. Todas as publicações referidas acima estão aqui incorporadas através de referência nas suas entidades.
Claims (33)
1. Microdispositivo para aplicações num sistema biológico, caracterizado pelo fato de compreender (a) uma membrana externa; (b) uma unidade de sensor capaz de medir uma propriedade microscópica de um órgão e estruturas celulares nos sistemas biológicos vivos e identificar um sítio alvo para seletivamente acoplar o microdispositivo ao sítio alvo, em que pelo menos parte da unidade de sensor está fora da membrana externa; (c) uma unidade lógica dentro da membrana externa para tomada de decisão local baseada na propriedade microscópica medida pela unidade de sensor; (d) um equipamento dentro, fora ou parcialmente fora da membrana externa, em que o equipamento é acionado com base na propriedade microscópica medida pela unidade de sensor para realizar uma ação de limpeza; e uma propriedade selecionada do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bioquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletroquímico mecânica, micro eletro bioquímico mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, micro térmico mecânica, micro térmico eletromecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras; em que o microdispositivo tem um tamanho que varia entre aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros.
2. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende duas propriedades selecionadas do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro eletromecânica, micro eletromagnético mecânica, micro acústico mecânica, micro térmico mecânica, micro termoquímico mecânica, micro termoeléctrica, micro termo eletromecânica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras.
3. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende adicionalmente uma propriedade selecionada do seguinte grupo: carga de superfície, potência eléctrica, potência química, correspondência geométrica, eletromagnética, gradiente de íon, gradiente térmico, tensão de superfície, força mecânica, potência eletroquímica, e força física de atração relacionada.
4. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem a capacidade de diferenciar células cancerígenas de células normais.
5. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem a capacidade de medir propriedades microscópicas de um órgão e de estruturas celulares, de diagnosticar órgãos e estruturas celulares a nível microscópico, de distribuir medicamentos desejados a um órgão ou a estruturas celulares a nível microscópico, e de manipular um órgão selecionado e estruturas celulares a nível microscópico.
6. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo realiza a função de forma não invasiva.
7. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo realiza a função em tempo real.
8. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem a capacidade de medir pelo menos uma propriedade do seguinte grupo: carga de superfície, potência de resistência, potência eletroquímica, potência eléctrica, permeabilidade de superfície, ângulo de contato, aderência, temperatura, densidade, fricção, dureza, tensão de superfície, concentração de resíduos químicos, nível hidrofóbico, nível hidrofílico, pH, taxa de fluxo líquido, pressão, propriedades ópticas, absorção, adsorção, e composição.
9. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o equipamento compreende adicionalmente um sistema de posicionamento global (GPS), um sinal transmissor, um sinal receptor, um micromotor, um micro propulsor, um chip de comunicação RF, circuitos lógicos, e circuitos de memória.
10. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda uma função selecionada do seguinte grupo: função de distribuição química, função de distribuição química controlada, ação mecânica, ação mecânica controlada, absorção seletiva, adsorção seletiva, detecção a nível microscópico, ação eletromecânica temporizada, ação eletromecânica controlada, ação eletroquímico mecânica controlada, ação eletrobiológica controlada, ação eletroquímico biológica controlada, ação eletroquímico biológico mecânica controlada, ação acionada por um sinal detectado e ação acionada por instruções externas.
11. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem uma função pré- programada acionada para ações selecionadas do seguinte grupo: distribuição química, ação de força mecânica, injeção de carga, emissão de luz, aplicação de voltagem, arrefecimento e aquecimento em estruturas orgânicas.
12. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a função acionada é alcançada pelo emprego de um parâmetro do seguinte grupo: carga, potência de descanso, potência eléctrica, potência eletroquímica, corrente de superfície, corrente de volume, permeabilidade de superfície, propriedade de aderência, nível hidrofóbico, nível hidrofílico, propriedade de fluxo, campo eléctrico, campo magnético, campo acústico, temperatura, comprimento de onda e /ou intensidade da luz, força e coeficiente de fricção, dureza, pressão e sinal externo detectado pelo dispositivo.
13. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem opcionalmente uma capacidade de dissolução a um pH alvo que varia entre 30 segundos e 3 dias.
14. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo compreende um material selecionado do seguinte grupo: polímero, orgânico, e materiais inorgânicos relativamente compatíveis com sistemas orgânicos.
15. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde cerca de 1 angstrom até cerca de 100 milímetros, ou desde cerca de 1 angstrom até cerca de 100 mícrones.
16. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo compreende um material com múltiplos sub dispositivos integrados em uma unidade com pelo menos uma funcionalidade.
17. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um material selecionado do seguinte grupo: polímeros, materiais orgânicos, materiais biológicos, materiais bioquímicos, condutores inorgânicos, condutores semi- inorgânicos, isoladores inorgânicos e cerâmicas.
18. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que um material biológico é selecionado do seguinte grupo: materiais biológicos artificiais, materiais biológicos naturais, materiais biológicos agrícolas, e combinações de materiais biológicos naturais e materiais biológicos artificiais.
19. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde cerca de 0.01 mícron até cerca de 5 milímetros.
20. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo é um microdispositivo integrado compreendendo uma função selecionada do seguinte grupo: detecção, medição, cálculo, análise, diagnóstico, processamento lógico (tomada de decisão), transmissão, e funções cirúrgicas e de operação.
21. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o equipamento compreende ainda: comparador de voltagem, sonda de quatro pontos, calculadora, circuitos lógicos, unidade de memória, micro cortador, micro martelo, micro escudo, micro secador, micro pin, micro lâmina, micro agulha, micro suporte de fio, micro pinças, micro absorvente óptico, micro espelho, micro escudo, micro roldana, micro filtro, micro cutelo, micro retalhador, micro bombas, micro absorvente, micro sinal detector, micro furador, micro agarrador, micro verificador, micro recipiente, micro puxador, transmissor de sinal, gerador de sinal, sensor de fricção, sensor de carga eléctrica, sensor de temperatura, detector de dureza, gerador de ondas acústicas, gerador de ondas ópticas, dispositivo termomecânico, dispositivo termoquímico mecânico, dispositivo termo eletromecânico, gerador de calor, micro refrigerador, micro sinal transmissor, micro sinal receptor ou gerador de carga.
22. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo é fabricado através de um método selecionado do seguinte grupo: método de fabrico integrado, método de fabrico semicondutor, método de fabrico mecânico, método de fabrico químico, método de síntese, método de processamento eletroquímico, método de processamento biológico, método de processamento bioquímico, método de fabrico mecânico, e método de processamento a laser.
23. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda um agente de limpeza, um filtro, um retalhador, um injetor, ou uma bomba.
24. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda um agente de limpeza, um filtro, um retalhador, ou um injetor.
25. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda uma unidade de polimento com uma almofada de polimento.
26. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde 10 mícrones até 2 milímetros.
27. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde 100 mícrones até 1.5 milímetros.
28. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo é um micro verificador para verificação e análise contínuas de um sistema biológico vivo para detecção e prevenção precoce de doenças.
29. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda um sensor, uma micro ponta para recolha de amostras, uma micro gama para testar a amostra recolhida, uma unidade de análise de dados, ou um sinal transmissor.
30. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde cerca de 1 mícron até cerca de 100 mícrones, ou desde cerca de 10 mícrones até cerca de 5 milímetros, ou desde cerca de 2 angstroms até cerca de 500 mícrones.
31. Microdispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo é utilizado para limpeza de artérias.
32. Microdispositivo de acordo com 1, caracterizado pelo fato de que o microdispositivo é empregue para detenção e prevenção precoce do câncer IN VIVO.
33. Microdispositivo para aplicação fora do sistema biológico, caracterizado pelo fato de que compreende (a) uma membrana externa; (b) uma unidade de sensor capaz de medir uma propriedade microscópica de um órgão e estruturas celulares nos sistemas biológicos vivos e identificar um sítio alvo para seletivamente acoplar o microdispositivo ao sítio alvo, em que pelo menos parte da unidade de sensor está fora da membrana externa; (c) uma unidade lógica dentro da membrana externa para tomada de decisão local baseada na propriedade microscópica medida pela unidade de sensor; (d) um equipamento dentro, fora ou parcialmente fora da membrana externa, em que o equipamento é acionado com base na propriedade microscópica medida pela unidade de sensor para realizar uma ação de limpeza; e uma propriedade selecionada a partir do seguinte grupo: micro mecânica, micro química, micro químico mecânica, micro óptica, micro acústica, micro biológica, micro bioquímica, micro bio-química-mecânica, micro eletro- bio-química-mecânica, micro eletro-química-mecânica, micro eletromecânica, micro eletromagnético-mecânica, micro acústico-mecânica, micro termo mecânica, micro termoquímica mecânica, micro termoelétrica, e propriedades micro mecânicas supercondutoras; em que o microdispositivo tem um tamanho que varia desde aproximadamente 1 angstrom até aproximadamente 5 milímetros.
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