asesores

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA
DE PUEBLA
Maestría en dispositivos Semiconductores
“Diseño de un circuito integrado de lectura para una estructura
matriz de microelectrodos con experimentación preliminar de
post-proceso”
TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
Maestría en Dispositivos Semiconductores
ALUMNO
Javier Lemus López
ASESORES
Dr. B. Susana Soto Cruz
Dr. Salvador Alcántara Iniesta
Contenido
Introducción
1
Capitulo 1
1.1 Biología de la neurona 3
1.2 Descripción física del potencial de acción
1.3 Técnica extracelular
1.4 Justificación
1.5 Objetivo
4
5
6
7
Capitulo 2
2.1 Circuitos de lectura
8
2.2 El amplificador operacional
9
2.3 Amplificador de dos etapas
10
2.4 Compensación
11
2.5 Fuentes de ruido en el transistor MOS
18
Capitulo 3
3.1 Microelectrodos
20
3.1.1 Características eléctricas de un microelectrodo
20
3.1.2 Generación de la matríz de microelectrodos
3.2 Grabado
23
23
3.2.1 Grabado húmedo
3.2.2 Grabado seco
25
28
3.2.3 Grabado con plasma
30
3.2.4 Sistema de grabado y tipos de reactores
33
3.2.5 Reactores de grabado iónico reactivo (RIE) 34
3.2.6 Reactor ICP
34
Capitulo 4
4.1 Sistemas de registro de biopotenciales
4.2 Realizaciones previas
37
38
4.3 Diseño del circuito de lectura 40
Capitulo 5
5.1 Resultados
50
5.2 Compensación del opamp por resistor de anulación
50
5.2.1 Simulación del circuito de lectura 54
5.3 Compensación del opamp por seguidor de voltaje 56
5.3.1 Simulación del circuito de lectura
5.4 Resultados preliminares de grabado
5.4.1 Soporte para grabar el CI 66
Capitulo 6
6.1 Conclusiones
6.2 Trabajo futuro
Bibliografía
68
69
63
58
Introducción
El desarrollo de micro tecnologías es de gran importancia en la economía y la sociedad
pues su uso resulta en un adelanto en las tecnologías de información y computadoras,
manufactura y transportación, potencia y sistemas de energía, además tienen un impacto
importante en medicina y bioingeniería.
Todos los sistemas biológicos vivos funcionan debido a interacciones de diferentes
subsistemas. Los diferentes bloques moleculares (proteínas y ácidos nucleicos, lípidos y
carbohidratos, DNA y RNA) deben ser conocidos a fin de inspirar una estrategia de como
diseñar microsistemas de alto desempeño.
El comportamiento coordinado y movimiento, visualización y censado, toma de decisiones,
memoria y aprendizaje de los organismos son el resultado de la transmisión eléctrica de
información a través de las neuronas.
Los potenciales eléctricos existen a través de las membranas que envuelven las células
vivas, muchas de estas tienen la propiedad de propagar estos potenciales.
Nervios músculos y glándulas así como diversas células de las plantas exhiben este
fenómeno de generar biopotenciales. Estos potenciales están relacionados con el
funcionamiento de la célula.
Algunos sistemas de registro de biopotenciales utilizados actualmente para plantas se
realizan
con
microelectrodos
intracelulares
o
extracelulares
con
métodos
electrofisiológicos. Estos estudian el biopotencial generado por el vegetal bajo distintas
condiciones: con y sin exposición al sol; bajo condiciones artificiales, “green house”,
cámara climatizada, laboratorio etc.; conservación de las especies in vitro o in vivo. En el
registro intracelular del biopotencial en la planta regularmente se utilizan microelectrodos
en forma de micropipeta con un diámetro de la punta no mayor a 1μm. En el estudio de las
propiedades electrofisiológicas del maíz, el potencial de reposo registrado para una célula
de maíz vascular es de 80mV que es algunos milivoltios más que la de la célula
estigmática. Se sabe que estos métodos eléctricos con los vegetales por ejemplo, en plantas
de jitomate son de gran utilidad en el diagnostico y seguimiento de enfermedades por
insectos patógenos; cuantificación de daños por fuego y dióxido de azufre o para estudio de
los procesos de polinización o fertilización.