Estudio de Biomems en México a Través de los Procesos de la Cadena de Valor: Caso Leucemia Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY. PROGRAMA DE GRADUADOS EN ELECTRÓNICA, COMPUTACIÓN, INFORMACIÓNY COMUNICACIONES. ESTUDIO DE BIOMEMS EN MÉXICO A TRAVÉS DE LOS PROCESOS DE LA CADENA DE VALOR: CASO LEUCEMIA. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADEMICO DE: MAESTRO EN ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN. POR: MARÍA FERNANDA DUARTE AVILA MACIEL. MONTERREY , N.L.. ABRIL, 2006.

(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY DIVISIÓN DE ELECTRÓNICA, COMPUTACIÓN, INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES PROGRAMAS DE GRADUADOS EN ELECTRÓNICA, COMPUTACIÓN, INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES. Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis del I.S.C. María Fernanda Duarte Avila Maciel sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestro en Administración de Tecnologías de Información. Comité de tesis:. ______________________________ [Dra. Eustolia Elisa Cobas Flores] Asesor. ______________________________ [Dr. Carlos Scheel Mayenberger] Sinodal. ______________________________ [Dr. Daniel Jiménez Farías] Sinodal. _________________________________________ David A. Garza Salazar, PhD. Director del Programa de Graduados en Electrónica, Computación, Información y Comunicaciones. Abril, 2006.

(3) ESTUDIO DE BIOMEMS EN MÉXICO A TRAVÉS DE LOS PROCESO DE LA CADENA DE VALOR: CASO LEUCEMIA. POR: MARÍA FERNANDA DUARTE AVILA MACIEL. TESIS. Presentada al Programa de Graduados en Electrónica, Computación, Información y Comunicaciones. Este trabajo es requisito parcial para obtener el grado de Maestro en Administración de Tecnologías de Información. INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. Abril, 2006.

(4) Dedicatoria. DEDICATORIA. A mis padres dedico este trabajo como respuesta al apoyo que siempre me han dado a lo largo de mi vida, por darme la oportunidad de desarrollarme intelectualmente. Agradezco a ellos por alentarme en los momentos más difíciles para concluir los estudios de maestria. Gracias por confiar en mí en todos los momentos. A mis hermanas, por ese apoyo que siempre me dieron al estar lejos, por su comprensión y la trasmisión de su energía. Gracias hermanitas. A mi familia por el apoyo que me han brindado a lo largo de estos años, por la fuerza que me han trasmitido y por todos los detalles y enseñanza que han dejado en mí.. -I-.

(5) Agradecimientos. AGRADECIMIENTOS. A mi familia por el tiempo, recursos, dedicación y esfuerzo para cumplir una meta más en mi vida y por alentarme en los momentos más críticos de ésta. A mi asesora por el tiempo y atención dedicada al desarrollo de la actual tesis, por el conocimiento y guía que ha proporcionado a lo largo de la realización de ésta. A los sinodales por la atención y conocmiento que han dejado plasmada en esta tesis. A mis amigos por el apoyo que me dieron y el interés que siempre mostraron. A Jaime, Victor y Gaby por la paciencia, dedicación, ayuda y apoyo en todo momento, gracias. A mis roomies por soportarme en los peores momentos. Finalmente, doy Gracias a Dios por haberme permitido terminar un logro más en mi vida.. - II -.

(6) Tabla de Figuras. Índice de Tablas. Tabla 1. Tabla de aplicaciones por función de BioMEMS. Construcción Propia ............... 14 Tabla 2. Tabla Comparativa Laboratorios México-Estados Unidos. Construcción propia . 24 Tabla 3. Las universidades y su área de desarrollo. Elaboración propia........................... 43 Tabla 4. Estadísticas de defunciones por cada cien mil habitantes (Secretaria de Salud, 2004) .................................................................................................................................. 51 Tabla 5. Recopilación de patentes registradas de bioMEMS. Elaboración propia. ........... 57. - VI -.

(7) Tabla de Figuras. Tabla de Figuras Figura 1. Secuencia de capítulos. Construcción propia....................................................... 4 Figura 2. Mapa de Aplicaciones MEMS (Fujita, 1997)......................................................... 8 Figura 3. Cadena de Valor Industria BioMEMS ................................................................. 34 Figura 4. Procesos a Primer Nivel ..................................................................................... 35 Figura 5. Desarrollo de Producción en sus diferentes etapas ........................................... 36 Figura 6. Cronograma de actividades. Construcción propia .............................................. 41 Figura 7. Costo de la Tecnología a lo largo de la cadena................................................. 41 Figura 8. Economía generada en la industria .................................................................... 42 Figura 9. Actividades Habilitadoras. Construcción Propia ................................................. 44 Figura 10. Ubicación Industria Electrónica (Secretaría de Economía, 2005) .................... 47 Figura 11. Tendencia Secular de la mortalidad por enfermedades crónicas en México, 1930-2030 (Mora, 2004) .................................................................................................... 52 Figura 12. Componentes del Quantum Dot (Ezzell, 2004) ................................................ 58 Figura 13. Ilustración del procedimiento de los quantum dots (Ezzell, 2004).................... 59 Figura 14. Localización de tumor en un ratón por medio de quantum dots (Ezzell, 2004) 59 Figura 15. Aplicaciones de BioMEMS en Cáncer en el Mundo. Construcción Propia ....... 62 Figura 16. Aplicación de BioMEMS de Cáncer en la Región. Construcción Propia .......... 63 Figura 17. Cadena de Valor: tiempos y división de procesos. Construcción Porpia.......... 71 Figura 18. Sensor basado en enzimas (Madou, 2004) ...................................................... 80 Figura 19. Antígeno marcado con una enzima (Madou, 2004).......................................... 80 Figura 20. Antígeno y anticuerpo enlazados (Madou, 2004) ............................................. 81 Figura 21. Eliminación de antígenos no enlazados (Madou, 2004) ................................... 81 Figura 22. Sensor ISFET en corte micro (Madou, 2004) ................................................... 82 Figura 23. Sensor ISFET tamaño real (Madou, 2004) ....................................................... 82 Figura 24. Operación de un catéter normal y el alambre guía (Haga, 2004)..................... 85. -V-.

(8) Tabla de Figuras. Índice de Tablas. Tabla 1. Tabla de aplicaciones por función de BioMEMS. Construcción Propia ............... 14 Tabla 2. Tabla Comparativa Laboratorios México-Estados Unidos. Construcción propia . 24 Tabla 3. Las universidades y su área de desarrollo. Elaboración propia........................... 43 Tabla 4. Estadísticas de defunciones por cada cien mil habitantes (Secretaria de Salud, 2004) .................................................................................................................................. 51 Tabla 5. Recopilación de patentes registradas de bioMEMS. Elaboración propia. ........... 57. - VI -.

(9) Introducción. INTRODUCCIÓN La microtecnología es considerada una de las áreas más prometedoras de este siglo, revolucionando desde productos industriales hasta de consumo, los cuales impactarán en gran medida el estilo de vida de cada uno de los habitantes del mundo del siglo XXI. Las principales aplicaciones de estos desarrollos e incorporación de microsistemas tienen presencia en sectores tan diversos, como las tecnologías de información y comunicaciones, automotriz, salud, biotecnología y robótica. Entre los ejemplos de algunas aplicaciones se encuentran los catéteres e instrumental quirúrgico, conectores de fibra óptica, sensores, instrumentos científicos de medición o aplicaciones ópticas. Apoyando el desarrollo de las aplicaciones se encuentran las siguientes áreas tecnológicas: electrónica, mecánica, óptica, biología, química, medicina, biotecnología, mecatrónica, fluídica, calórica, entre otras (Bravo, 2003). La tecnología de microsistemas ha abierto nuevos campos de investigación y desarrollo en novedosos mercados de aplicación, presentándose como una ciencia multidisciplinaria y horizontal a todos los sectores industriales. Esta tesis gira alrededor de los Sistemas Micro-Electro-Mecánicos (MEMS) por sus siglas en inglés (Micro Electro Mechanical Systems). En aplicación al área biomédica o bioquímica se les conoce como bioMEMS. Los MEMS a partir de la combinación de bases de datos y pruebas biológicas permiten a los investigadores construir nuevos elementos para muestreo y análisis. La medicina presentará cambios al contar con múltiples pruebas para ADN, pruebas de sangre, que presenten resultados rápidos en comparación a los actuales, detección de enfermedades como SIDA, hepatitis, herpes, así como el abastecimiento de herramientas de gran alcance para tratar situaciones de emergencia, entre otras (Mariella, 2001). El campo de los BioMEMS está creciendo rápidamente ya que estos ofrecen métodos y técnicas únicas para producir dispositivos a escalas celulares, donde en algunos casos, los BioMEMS pueden interactuar con moléculas biológicas y células. Por lo anterior, los centros de investigación y desarrollo han enfocado sus investigaciones al desarrollo de aplicaciones terapéuticas como análisis de ADN, encapsulado de células, biosensores, sistemas de análisis químicos (Lab-on-a-chip), micro sistemas para inyección de drogas, dispositivos implantables, etc. En el estudio realizado por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (Mora, 2004) se dan a conocer las oportunidades y campo de aplicación de los bioMEMS en el sector salud. Los bioMEMS son un campo de estudio extenso, ya que convierten las señales biológicas del cuerpo humano en índices cuantificables. A continuación se exponen algunas aplicaciones médicas: los sensores de presión, que miden el flujo arterial; micro bombas, las cuales controlan y distribuyen medicamentos dentro del organismo; acelerómetros en marcapasos, con el fin de nivelar la frecuencia cardiaca; micro cámaras para transmitir imágenes desde el interior del cuerpo; instrumentación quirúrgica, para acceder a los órganos más pequeños, entre otros.. -1-.

(10) Introducción. Los bioMEMS son un campo de oportunidad para México, ya que se trata de tecnologías emergentes con impacto en el mercado esperado de 100 billones de dólares en los próximos 10 años (MEMS-México, 2005). En la actualidad el desarrollo de las innovaciones tecnológicas se ha centrado en la búsqueda de mejora de la calidad de vida del ser humano, para facilitar el desarrollo de actividades y preservar la longevidad del mismo. Lo anterior lleva al desarrollo de una competencia tecnológica mundial, la cual funciona como motor para que los países con investigación y desarrollo busquen las mejores oportunidades de innovación, comercialización y posibilidades de negocio para los productos desarrollados (Gobierno del Estado de Nuevo León, 2004). Dentro de los países que se encuentran participando en esta tecnología destacan Estados Unidos y varios países europeos que comenzaron a liderear en el área; sin embargo, dentro de los países competidores se encuentran China, Alemania, Francia, España y Canadá (Fundación México-Estados Unidos para la Ciencia, 2005). Monterrey, como ciudad de crecimiento y fortalecimiento en las áreas antes mencionadas, bajo las políticas de desarrollo basado en conocimiento, se convierte en una Ciudad de Conocimiento. Lo anterior implica, entre otras cosas, el desarrollo de nuevos productos, mejora a productos y/o servicios existentes, investigación, innovación y ante todo, la búsqueda por el incremento en sus niveles de competitividad para alcanzar los estándares a nivel mundial. Dicho desarrollo obliga al estado a crecer y competir con la tecnología que se está desarrollando actualmente, de los avances de la misma y de búsqueda de oportunidades de negocio para diferentes productos tanto a nivel local, nacional e internacional (Gobierno del Estado de Nuevo León, 2005). A partir del emprendimiento para el fortalecimiento de la ciencia y la tecnología, se toman como base varias disciplinas que son ejecutadas actualmente como individuales y se ha encontrado la necesidad de fusionarlas, de tal forma que con los estudios, aplicaciones y desarrollos de cada una de éstas se formen productos de competitividad mundial. Se espera que dichos productos abran puertas de oportunidad a nuevas empresas, empleos y fuentes de riqueza económica para el país y en especial para la región de la zona metropolitana de Monterrey, como capital del Estado de Nuevo León y parte de la frontera Norte del país. A nivel general se prevé que las microtecnologías constituirán en un futuro próximo un gigantesco mercado que permitirá la apertura de novedosas líneas de trabajo. Para ello tendrán que producirse avances en dos campos simultáneamente. Por un lado, será necesario un adecuado desarrollo científico que permita sentar las bases apropiadas para una correcta implantación de las microtecnologías a nivel industrial. Y por el otro, se debe buscar producir una correcta política de innovación tecnológica por parte de las empresas de diferentes sectores, “… esto facilitará la plena asimilación de estas tecnologías y se traducirá en avances tecnológicos sin precedentes en términos de calidad y valor agregado de los productos y servicios proporcionados por la industria” (Programa Sectorial de Ciencia y Tecnología, 2004). En adición, otro estudio publicado en el 2004 por la Universidad Nacional Autónoma de México, con el título “Potencialidades de las Entidades Federativas para Desarrollar -2-.

(11) Introducción. Núcleos de Economía Digital”, cuyo autor es Clemente Ruiz Durán, investigador de la Facultad de Economía, señala que Nuevo León, fuera del la Ciudad de México, es el Estado con mayores potencialidades para formar núcleos económicos a partir de nuevas tecnologías (Programa Sectorial de Ciencia y Tecnología, 2004). El objetivo del proyecto es identificar las actividades clave que permitan habilitar la potencialización del mercado regional de bioMEMS en aplicación específica de cáncer, utilizando las capacidades y procesos que permitan cubrir la demanda a nivel nacional e internacional, destacando la competitividad del producto. Se parte de la región Norte como base en la búsqueda por el desarrollo económico que el país pudiera tener en función de la explotación en este campo. El alcance de la investigación es la identificación de capacidades y actividades clave con los que cuenta la región fronteriza de los estados de Chihuahua, Coahuila, Nuevo León y Tamaulipas que permitan el crecimiento económico en base al desarrollo tecnológico de los bioMEMS en el área de aplicación de cáncer. Se buscará encontrar las actividades o procesos que caractericen la región para abastecer la demanda que actualmente se tiene en bioMEMS. Se hará un estudio comparativo (Benchmark) que identifique las actividades clave de otras regiones con las que se cuentan en la región de estudio para el proyecto actual. En cuanto a la metodología que se lleva a cabo es una investigación exploratoria, cualitativa, de tipo no experimental, transaccional, ya que siguiendo con este diseño de investigación se realizan observaciones y la información es recopilada en un momento único en el tiempo (Sampieri, 2003). Partiendo del supuesto de que en dicha investigación se estarán analizando variables que identifiquen las capacidades con las que se cuenta en la región norte del país, así como el crecimiento y mercado para las microtecnologías, a futuro en aplicaciones para ciencias de la salud. La investigación se desarrollará con fundamento en búsqueda exploratoria de las capacidades con las que cuenta la frontera de México, con la finalidad de explotarlas para apoyar el crecimiento de los bioMEMS en México. El estudio cualitativo se hará con la finalidad de que la recolección de datos que se genere se hará utilizando técnicas que no pretenden medir ni asociar las mediciones con números, por lo tanto la investigación se llevará a cabo de observación no estructurada, entrevistas abiertas, revisión de documentos, interacción con grupos o comunidades e introspección (Sampieri, 2003). La secuencia del proyecto presenta en el capítulo uno las generalidades de los MEMS así como de los bioMEMS en un marco teórico, donde estas tecnologías se describen a nivel general. El capítulo dos presenta un estudio comparativo entre universidades de Estados Unidos, que actualmente cuentan con laboratorios para investigación y desarrollo de bioMEMS, versus los laboratorios con los que cuenta la zona de la frontera norte del país. En el capítulo tres se analiza la cadena de valor de la industria de los bioMEMS fundamento teórico y práctico para detectar las actividades clave en las que la región puede participar en la industria. -3-.

(12) Introducción. En el capítulo cuatro se exponen las aplicaciones así como el lugar en el que se encuentran los bioMEMS en cáncer en el mundo y la región de estudio. Lo anterior con la finalidad de obtener las características con las que cuenta la región y a las cuales se expone; se desarrolla un complemento entre un modelo de desarrollo de MEMS, la cadena de valor y los bioMEMS en cáncer. Finalmente se presentan las conclusiones a partir de la búsqueda y análisis de información, los cuales llevan a concluir el mejor estado de participación que se pueda obtener de la región. Se anexa información al final de esta tesis la cual fue construida a través de la investigación. A continuación se presenta un gráfico que representa la secuencia de los capítulos presentados en la actual tesis, con el fin de ilustrar la continuidad de los mismos. Capítulo 1: Conceptualización de MEMS y BioMEMS. Capítulo 2: Análisis Comparativo México Comparativa – Estados Unidos de laboratorios de Estados Unidos con los que se cuentan en la región, bajo el concepto de un modelo de elementos clave para los desarrollos de MEMS. Capítulo 3: Cadena de Valor Representación de las principales actividades de la industria de los BioMEMS a nivel Mundial. Identificación de las actividades clave en base a la identificación comparativa del capítulo uno y a las actividades de la industria en las que la región pueda incursionar bajo las características que presenta.. Capítulo 4: Situación Actual Se expone la de los BioMEMS situación en Cáncer actual de las aplicaciones de los bioMEMS en Cáncer en el mundo y en México, presentando la incursión en la industria en la región y destacando su potencial en la misma Capítulo 5: Conclusiones. Figura 1. Secuencia de capítulos. Construcción propia. La secuencia de éstos busca proveer información general de los MEMS y los bioMEMS, mismas tecnologías pero desarrolladas y dirigidas a diferentes aplicaciones, enfocándose los bioMEMS en biomédica y medicina. En el capítulo dos se hace un estudio comparativo de los laboratorios bajo un modelo de cuatro elementos importantes. En el capítulo tres se presenta la cadena de valor con el objetivo de hacer una integración entre las actividades del modelo presentado en capítulo -4-.

(13) Introducción. dos y otro desarrollado en el tres. Bajo los conceptos anteriores se desarrolla el capítulo cuatro, donde en base a las actividades identificadas y desarrolladas tanto por el modelo y la cadena de valor dan paso al estudio de la situación actual de bioMEMS en cáncer en el mundo y en México. El objetivo de presentar la situación actual de bioMEMs en cáncer en el capítulo cuatro es hacerlo desde las actividades clave ya identificadas.. -5-.

(14) Capítulo 1. CAPITULO 1 CONCEPTUALIZACIÓN DE MEMS Y BIOMEMS En el actual capitulo se describen los rasgos generales de los MEMS y los bioMEMS, destacando que no se trata de tecnologías diferentes, sino de una evolución de las mismas. Los MEMS son la base, tronco de donde se desprende una rama para los bioMEMS desde el punto de vista tecnológico; sin embargo, los bioMEMS son llamados de esta forma debido a que aplican en áreas biomédicas o de medicina. El tiempo y conocimiento necesario para el desarrollo de estos son características diferenciales, ya que el procedimiento de los bioMEMS es más lento que los MEMS debido a la complejidad burocrática que presentan para llegar a ser un producto.. 1.1 MEMS MEMS, sistemas Micro-Electro-Mecánicos por sus siglas en inglés (Micro Electro Mechanical Systems) son dispositivos fabricados a nivel de circuito integrado, usando técnicas de microfabricación que permiten “esculpir” los materiales en tres dimensiones (Back, 2004; Grayson, 2004). A menudo contienen componentes móviles que permiten funciones físicas o analíticas que son realizadas por el dispositivo, además de las funciones eléctricas que este tenga. La estructura básica de los MEMS integra elementos mecánicos, sensores, actuadores y electrónicos de silicio, material principal en los dispositivos, usando un proceso de tecnología llamado microfabricación. MEMS incrementan, cada vez más, el valor de conocimiento que representa; se espera que se lleguen a manejar como “productos inteligentes” en diferentes contextos, como el automotriz, ciencia, bienes de consumo, defensa y la industria de la medicina (Wave, 2005). El micromaquinado es el núcleo de la tecnología MEMS, se describe como la capacidad de fabricar partes mecánicas de clasificación en tamaño micro y nano. En sus inicios formó parte de un subproducto de gran inversión como lo fue la fabricación de semiconductores. Actualmente el micromaquinado pertenece a una industria que no deja de presentar innovaciones en las formas de uso y proceso de los semiconductores. Por otro lado la capacidad del micromaquinado para generar dispositivos que manipulan directamente micro y nano objetos da una idea de los usos biológicos y biomédicos (White, 2004). Como resultado de la microfabricación se obtiene una variedad de productos como lo son sensores (de inercia, presión, flujo, biológicos, químicos, ópticos), actuadores (inyectores, bombas, válvulas, micrófonos, componentes de radio-frecuencia), dispositivos más elaborados como los Lab-on-a-Chip y arreglos de microespejo, entre otros (Back, 2004; Grayson, 2004). El proceso de funcionamiento de los MEMS consiste en que los sensores recogen y acumulan información por medio de la cuantificación mecánica, termal, biológica, química, -6-.

(15) Capítulo 1. magnética y de señales ópticas desde el amiente. El papel de los microcircuitos es la toma de decisiones del sistema en base al proceso que hacen de la información proporcionada por los sensores; para finalizar el proceso de funcionamiento de los MEMS la función de los actores es dar la respuesta del sistema por medio de movimiento, bombeo, filtrado o algún dispositivo de control que se encuentre en el ambiente para lograr el propósito (Wave, 2005). 1.1.1 Aplicaciones MEMS Existe una gran variedad de aplicaciones y usos para los MEMS, a continuación se mencionarán algunas áreas, cabe destacar que por cada una de éstas los MEMS pueden aplicarse de diferentes maneras. Además emergen nuevas aplicaciones de la Nanotecnología, la cual permite que se presente una sinergia incomparable entre campos ya existentes como son la electrónica y la biología. Algunas de las aplicaciones que se pueden encontrar se presentan a continuación por área: 9 Biotecnología: Son utilizadas para generar reacción en cadena de enzimas catalizadoras para análisis de ADN, microscopios de microescaneo en túnel, biochips para detección de agentes biológicos y químicos, microsistemas de liberación de medicamento, entre otros. 9 Comunicaciones: los circuitos de alta frecuencia benefician la entrada de RFMEMS (MEMS de radio frecuencia). Marcando mayor crecimiento en la telefonía celular (Rodríguez, 2004). Por otro lado también se encuentra en esta categoría las aplicaciones ópticas como procesamiento de luz digital, displays (DMD), espectrómetros, lectores de códigos de barras, óptica adaptable. 9 Análisis de fluidos y químicos: aplicación en la que se integra un controlador de fluidos. Los sistemas de análisis químico realizan estudios intensos ya que el control de fluidos así lo requiere para las diferentes actividades a realizar como puede ser formación de vortex, microactuadores de superficie alrededor de una boquilla (Fujita, 1997). 9 Transportación e industria aeroespacial: se hace posible integrar acelerómetros, sensores (temperatura, químicos, vibración) y componentes electrónicos a bajo costo y menor tamaño. Dichos dispositivos son más funcionales, más ligeros, más confiables y son producidos por una fracción de lo que cuestan los elementos convencionales y de tamaño normal (Fujita, 1997). A continuación se muestra un cuadro donde se presentan las aplicaciones por área que Fujita distingue elaborando un mapa de las aplicaciones de MEMS (Fujita, 1997). A través de la figura 2 se distinguen más aplicaciones de las enlistadas en párrafos anteriores, la finalidad del recuadro es representar en base a las aplicaciones de MEMS dónde están ubicadas las de bioMEMS, por lo que a manera de recuadro se resaltan.. -7-.

(16) Capítulo 1. Es una ilustración donde se expresa de manera visual como los MEMS forman la base de los bioMEMS.. Figura 2. Mapa de Aplicaciones MEMS (Fujita, 1997). 1.1.2 Mercado MEMS Los dispositivos MEMS entrarán al mercado agresivamente, se pronostica que las aplicaciones de estos dispositivos, con lo sofisticados que pueden llegar a ser, muy pronto abarquen la mayor parte del comercio global electrónico. Jörg Schiffer director de mercadeo y comercialización de la división de sensores de MEMS para Robert Bosch, uno de los proveedores más grandes de sensores de MEMS en la industria del automóvil, dice que “ninguna otra industria está experimentando tan tremendo crecimiento como la de la industria electrónica” (citado por DeGaspari, 2005). La comercialización de los MEMS se encuentra en su mayor parte enfocada en la parte de displays digitales para TV, teléfonos móviles y dispositivos móviles en general, computadoras portátiles y cámaras digitales, hornos de microondas y lavadoras. El -8-.

(17) Capítulo 1. presidente de Sgt Sensor Consulting of Wehrheim (Alemania), Guido Tschulena, dentro de un análisis realizado para la comercialización de MEMS arroja que el crecimiento en proyección monetaria ser dará de 11.5 billones de dólares en 2004 a 24 billones de dólares en 2009 (DeGaspari, 2005). En general, fuentes bibliográficas consultadas mencionan mayor crecimiento en la comercialización y retorno de inversión de los MEMS. Aunque algunas lo hacen con mayor optimismo que otras, lo que hay que destacar es que en su totalidad hacen referencia a un crecimiento de mercado de $42 B dls para el año 2015 y de más de $200 B dls para el año 2025 (Bryzek, 2005). La razón de lo anterior se explica desde los comienzos de los MEMS, Roger Grace (citado por DeGaspari, 2005), denota que los primeros dispositivos MEMS comienzan a desarrollarse desde mediados de 1960; desde entonces la industria requeriría de herramientas tanto precisas como automatizadas, alta integración de herramientas, productos de alta exactitud, etc., dejando los altos costos de infraestructura a los consumidores finales. A partir de la producción en masa de estos productos, la industria manufacturera de electrónicos móviles aumenta el volumen de producción, haciendo más bajos los costos de ésta; provocando de esta forma un reto para los proveedores MEMS. 1.1.3 Ventajas MEMS Para este apartado solo se mencionarán las ventajas a nivel macro, no se abundará en el tema ya que esta investigación abundará en bioMEMS. Los MEMS son dispositivos extremadamente pequeños, lo cual hace que sus componentes así lo sean y motores eléctricos lleguen a medir menos del diámetro de un cabello humano; a pesar del tamaño los MEMS no lo son todo por ello, y tampoco lo son por que sus componentes sean de silicón y ya se cuenten con procesos excelentes para su construcción; en realidad hace interesante esta tecnología por la amplia gama de usos mecánicos y propiedades que presentan y pueden presentar. Una ventaja es que los MEMS son una tecnología heterogénea, lo cual quiere decir que puede afectar de forma significativa cada una de las categorías de productos comerciales y militares. Un ejemplo de ello es que actualmente se usan para tareas de corrección en presión de sangre hasta monitoreo de acción para sistemas automovilísticos. La naturaleza de los MEMS es diversa en la práctica de aplicaciones que tienen potencial más allá de una tecnología de penetración o de microchips de circuitos integrados (MEMS and Nanotechnology Clearinghouse, n.d.). Otra ventaja importante es la distinción borrosa que existe entre los sistemas mecánicos complejos y los circuitos integrados. Lo anterior se refiere a que sensores y actuadores son costosos y poco fiables en partes de un sistema electrónico sensor-actuador a macro escala. MEMS permite, por su parte, que los sistemas electromecánicos complejos sean manufacturados con técnicas de fabricación que permiten incrementar la confiabilidad de sensores y actuadores, así como de circuitos integrados a bajo costo. En realidad se espera que los dispositivos MEMS tengan un rendimiento superior a los componentes de los sistemas a macro escala. -9-.

(18) Capítulo 1. 1.2 BioMEMS El cuerpo humano es solo un gran sistema que funciona por acciones químicas e impulsos eléctricos. Bajo esta primicia, ¿por qué no hacer reemplazos del cuerpo humano por partes cuando estas dejen de funcionar? BioMEMS es el término utilizado para la aplicación en biotecnología y biomedicina de los sistemas micro-electro-mecánicos. La tecnología MEMS alcanza el campo biomédico, complejo e implantable, es así como los dispositivos micro están emergiendo; ¿y su meta? … mejorar el cuidado de la salud (Sidawi, 2004). La tecnología de los MEMS ha impactado en la industria biomédica, permitiendo el desarrollo de nuevas herramientas con sofisticadas funcionalidades, algunas de estas instrumentaciones miniatura son usadas para aplicaciones biomédicas (bioMEMS) las cuales son utilizadas en dispositivos médicos (Woodbury, 2003). Los bioMEMS son un área interdisciplinaria dentro de la cual se encuentran conocimientos y participación de la biotecnología, ingeniería, ciencia de la computación, entre otras. Las aplicaciones de los bioMEMS varían en medicina, desde diagnósticos hasta microarreglos de proteínas, novedosos materiales, ingeniería de tejido fino, laboratorios en un chip, detector de vulnerabilidad en las placas de arterias coronarias, así como la detección de células cancerígenas, por nombrar algunas aplicaciones; en el anexo 4 se presentan aplicaciones en una matriz desarrollada en base a la bibliografía consultada. Los bioMEMS integran sensores a microescala, actuadores a microescala, microfluidos, micro-óptica, y elementos estructurales con sistemas de cómputo, de comunicación y de control para el desarrollo de las aplicaciones de medicina para la mejora de la salud en el ser humano. Se espera que los bioMEMS al derivarse de la tecnología de microfabricación usando circuitos electrónicos revolucione la práctica de la medicina en todos los sentidos (Polla, 2001). 1.2.1 Clasificación Existen varias clasificaciones de los bioMEMS, los investigadores crean las clasificaciones en base a lo que convenga o centradas en lo que estén investigando; sin embargo, existe una clasificación generalizada en la que la mayoría de los autores coincide y hacen referencia a ella: A. Por su lugar de aplicación (Grayson, 2004; White, 2004): • In vivo: se encuentran dentro de un ser vivo (humano o animal). • In Vitro: se encuentran fuera del ser vivo. Esta clasificación es muy utilizada en literatura médica y en ella quedan manifiestas sus ventajas para uso terapéutico, es decir, las ventajas de los bioMEMS in vivo sobre otros dispositivos implantables: su tamaño muy pequeño, naturaleza eléctrica y habilidad para operar en pequeñas escalas de tiempo.. - 10 -.

(19) Capítulo 1. Por otro lado, el Tecnológico de Monterrey presenta una clasificación dirigida a la fabricación, identificando 5 áreas (Mora, 2004): • BioMEMS para análisis y diagnóstico: sistemas que incluyen bioSensores y/o bioActuadores y sistemas de procesamiento de información en un solo circuito integrado, por lo regular incluyen ADN chips, sistemas de microfluidos y Lab on chip. • BioMEMS para Monitoreo: son los sensores y biosensores, e incluyen microelectródos, sensores de glucosa, de presión y gases. • BioMEMS para Implantes y estimuladores: son sistemas bioMems que incluyen bioSensores y/o bioActuadores y sistemas de procesamiento de información in vivo, además de incluir MEMS para equipo médico. • BioMEMS Ambiental; incluyen básicamente las narices electrónicas, como los detectores de drogas, explosivos, contaminantes etc. Dentro de los BioMEMS para análisis y diagnóstico se consideran básicamente los Lab on chip (bioSensores con sistemas de procesamiento) y ADN chip (Mora, 2004). Retomando la literatura estudiada para la realización del proyecto se puede obtener otra clasificación, que generalmente, es la que mas abunda dependiendo de las investigaciones y áreas de estudio, ya que son centradas en la función de un dispositivo. Es por ello que también se puede hacer una clasificación por función, la más común en la literatura, descrita a continuación (Bashir , 2004; Griffith, 2001; Judy , 2001): • BioSensores: sistemas que utilizan una biomolécula (enzima o anticuerpo), una célula, un tejido vivo, o un biofluido como un elemento activo (detector), o bien que miden una variable biológica o componentes específicos de un ambiente externo. • BioActuadores: sistemas que actúan sobre o dentro de un ser vivo alterando su funcionamiento dentro de ciertos márgenes. • BioSistemas: integran bioSensores y/o bioActuadores y un sistema de procesamiento de señales para la realización de una tarea específica ya sea esta el monitoreo, el diagnóstico o la actuación. Son utilizados para liberar, procesar, analizar o detectar moléculas biológicas. Ejemplo de estos bioSistemas son los ADN Chip y los Lab on Chip y los BioMEMS implantables (bioSensores y/o bioActuadores con sistemas de procesamiento). 1.2.2 Aplicaciones BioMEMS Es difícil identificar cuál fue el primer producto bioMEMS y hasta precisar cuando el campo de micro y nanotecnología nació. De acuerdo a Woodbury (2003) nace esta nueva tendencia a principios de los noventas. Actualmente no es una tecnología que se encuentre bien definida, por el contrario, se comienza a levantar poco a poco donde la academia está haciendo investigación y las nuevas compañías están desarrollando aplicaciones de bioMEMS, en general. Las barreras a las que se enfrenta el desarrollo de BioMEMS no solo son tecnológicas, sino también sociológicas y financieras. Por lo general los investigadores en el área de ingeniería y del área médica no están familiarizadas una con otra, excepto por ingenieros - 11 -.

(20) Capítulo 1. biomédicos, quienes están totalmente familiarizados con ambas áreas ya que son requisito para el desarrollo de las habilidades en biocompatibilidad. Cuando esta tecnología comenzaba no sabía por donde entrar, ya que no estaba determinado a qué área pertenecía, si a la ingenieril o a la médica, es por ello que el Instituto Nacional de Cáncer (Nacional Cancer Institute [NCI]) comenzó un programa llamado Uncoventional Innovations Program el cual encontró algunas dificultades para el financiamiento del programa. En el 2003 el Nacional Institute of Health (NIH) abrió una nueva línea para la investigación de bioMEMS con la iniciativa uniendo esfuerzos con el National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) y un presupuesto inicial de 280 millones para ese año. Carol Dahl directora de la oficina del NCI del área de tecnología y relaciones industriales afirma que el crecimiento de la iniciativa del NIH y bioMEMS ha crecido de manera muy rápida (Woodbury, 2003). Con lo anterior se denota que el área de oportunidad de los bioMEMS, así como en esta afirmación, en muchas otras dadas por diferentes autores tiene un potencial de crecimiento y negocio muy grande aunque para ello se necesitan de ciertos elementos los cuales serán considerados en el Capítulo 2, donde se exponen los criterios necesarios para el funcionamiento de centros de investigación de esta magnitud. A continuación se presenta una tabla con las aplicaciones y sub-aplicaciones de los bioMEMS respetando la clasificación por función. Cabe destacar que Jack Judy (2000) le llama de diferente forma a la clasificación dada anteriormente, pero en esencia sigue siendo lo mismo. En diferentes artículos consultados los términos no suelen ser los mismos; sin embargo, la descripción y función lo son. A continuación se presenta en la misma clasificación una extensión de los diferentes sensores, actuadores y sistemas que compone a cada una.. - 12 -.

(21) Capítulo 1. Categoría. Componentes. Subcomponentes. Imagen. Ejemplos. MicroSensores Microsensores para biomecánica. Strain Gauges Acelerómetros. Microsensores para biosistemas neumáticos. Sensores de impedancia. Microsensores para biosistemas químicos. Sensores Electroquímicos Sensores moleculares específicos. Sensores de Gas basados de polímeros de base Sensores de óxidos metales.. * Sensor basado en enzimas * Inmuno sensor * ISFET. ISFETs (ion-sensitive field effect transistors) Sensores de resonancia. Sensores base de Células. Para información específica de los ejemplos y su funcionamiento ver anexo 1. Microsensores para biosistemas eléctricos. MicroActuadores * Marcapasos Micromanipuladores. * Sistemas de. - 13 -.

(22) Capítulo 1. propulsión Microinstrumentos quirurgicos Microbombas. Microvalvulas. Microcomponentes Microfiltros Microagujas Para información específica de los ejemplos y su funcionamiento ver anexo 2. MicroSistemas * Catéters. Sistemas de Microfluido Microsistemas de análisis total (μTAS) Microsistemas para análisis genético. * Microsistemas para dosificación Para información específica de los ejemplos y su funcionamiento ver anexo 3. Gene Chips. Tabla 1. Tabla de aplicaciones por función de BioMEMS. Construcción Propia. - 14 -.

(23) Capítulo 1. 1.2.3 Biocompatibilidad La biocompatibilidad de los materiales MEMS es considerada hasta hace pocos años, ya que los dispositivos que los contenían estaban encapsulados o empaquetados y no entraban en contacto directo con tejidos o fluidos. La biocompatibilidad de un dispositivo depende de la forma de la superficie así como también de los materiales que están en contacto con los tejidos. Es importante mencionar este término ya que es uno de los principios de conocimiento del que se parte para que un dispositivo sea totalmente aprobado por las leyes de salud que rigen a cada país. Es por ello que se presentan los conceptos básicos que se involucran para tener un panorama general a lo largo de este documento. La biocompatibilidad, como es definida por el diccionario Williams de Biomateriales citado por Grayson (2004), es “la habilidad de un material para dar una apropiada respuesta para una aplicación específica”. Las pruebas mínimas para la caracterización de materiales, la toxicidad y la biodegradación se presentan en el ISO 10993. La Biocompatibilidad puede ser evaluada utilizando varios tipos de pruebas. Para este fin se explicarán dos tipos: in vitro e in vivo. Las pruebas in vitro incluyen caracterización del material, corrosión, absorción de proteínas, y cultivo de células en muestras de material. Las pruebas In vivo involucran la implantación del material o dispositivo en un sitio eventual de uso como puede ser intramuscular, subcutánea, etc. Las pruebas in vitro son más fáciles de hacer y proporcionan resultados más cuantitativos, por otro lado, las pruebas in vivo son más relevantes y pueden mostrar respuestas del sistema del cuerpo. La forma del implante, textura de la superficie y tamaño son los factores de los que depende la respuesta a nivel local o de sistema de la acumulación de partículas en los nodos linfáticos, formación de cápsulas fibrosas y la respuesta de linfocitos (Grayson 2004). La evaluación de silicio realizada por Kotzar es la que estableció la base para las pruebas ISO 10993 en cristales de silicio, silicio policristalino, dióxido de silicio, nitrato de silicio, titanio, y la foto resina SU-8, materiales de los que están compuestos los dispositivos BioMEMS; esta información es importante para guiar a los diseñadores de dispositivos y para la selección del material; sin embargo, pequeñas variaciones en el procesamiento y composición pueden cambiar los resultados de las pruebas de biocompatibilidad. Ninguno de estos materiales fue encontrado tóxico in vitro usando tejidos de ratones. Todos los materiales fueron clasificados como no irritantes basados en implantación en músculo de conejo durante intervalos de 1 a 12 semanas (Grayson, 2004). Los resultados a pruebas de biocompatibilidad de dispositivos que se han realizado en microdosificadores de medicamentos, microagujas, microflechas, membranas de silicio o de silicio poroso, y electrodos de diversos materiales ha sido diferente, desde acumulación de materia alrededor de los dispositivos, cultivo de células, crecimiento de porosidad, hasta donde la biocompatibilidad depende de la geometría de los mismos. Por otro lado, ¿qué pasa si el dispositivo falla? Uno de los principales problemas de los dispositivos implantados es la acumulación de material orgánico, la absorción de - 15 -.

(24) Capítulo 1. biomoléculas como proteínas y péptido y células que al acumularse provocan que los dispositivos se ensucien y fallen. Actualmente existen dos métodos para resolver esta negativa. Una respuesta se encuentra en el método de polímeros inmovilizados en la superficie, la cual inhibe la absorción de proteínas y reduce la contaminación del dispositivo por medio de polímeros que utilizan PoliEthylGlycol (PEG) o sus análogos en las superficies., tetraglyme y copolimeros de etolenglycol (Grayson, 2004). Otra acción contra la acumulación de material en los dispositivos es el método de monocapas auto ensambladas utilizadas debido a sus habilidades como pasivadores de superficies contra la absorción de proteínas y células, algunos tipos reducen la contaminación del dispositivo, otros reaccionan con las superficies de óxido para obtener una interfaz resistente a la proteína. 1.2.4 Mercado BioMEMS Los bioMEMS son la clave de innovación para la construcción de microchips para implantación en la retina, para implantar en el cuerpo y que permitan la detección de fallas en la salud y liberación de fármacos para enfermedades específicas; los inversionistas son el punto clave para que estas tecnologías emergentes sean potencial de crecimiento. Seth Rodgers, integrante de un foro realizado por el MIT en 2003 señala que la oportunidad de negocio de los bioMEMS en los próximos años se expone como una gran oportunidad en tecnología de alto rendimiento y automatización, gran precisión, uniformidad y de acceso a lugares extremadamente limitados dentro del cuerpo humano (Clark, 2003). Por otro lado, un punto a destacar es lo que Michael Cima hace notar: “Es el tiempo perfecto para estar pensando sobre cómo hacer dispositivos terapéuticos (…) cualquier cosa se está comenzando a considerar como plataforma de liberación de fármacos” (citado por Clark, 2003). Joseph Baron, CTO de Pure Tech Development (citado por Clark, 2003) asegura que la estandarización en el campo de los bioMEMS apenas comienza, pasará tiempo para que los estándares y la economía de escala que tiene actualmente la industria del chip llegue hacer la misma para los bioMEMS. Lo anterior representa una tremenda oportunidad de crecimiento y de negocio para la industria actualmente estudiada, ya que se pronostica un crecimiento de mercado de $100 B para los próximos 10 años. 1.2.5 Ventajas BioMEMS Se ha expuesto la parte teórica en apartados anteriores, se ha visto ya la teoría respecto a los MEMS, área principal de derivación a los BioMEMS. A continuación se presenta una serie de ventajas que se han detectado a lo largo de la investigación teórica de los bioMEMS las cuales se espera den una visión holística a nivel funcional de los nano dispositivos como también son llamados por la literatura consultada. - 16 -.

(25) Capítulo 1. Algunas de las ventajas que esta tecnología presenta se mencionan a continuación: • Control de enfermedades desde sus primeras manifestaciones hasta el control de las post operatorias • Frenar el desarrollo de enfermedades e inclusive revertir procesos de “mal” funcionamiento biológico. • Monitoreo; desde un monitoreo diario hasta monitorear en tiempos de intervalos definidos, importantes, ya que permite llevar a cabo procesos complicados con el objetivo de advertir variaciones en los niveles dados. • Permiten simular actividades que asemejen el comportamiento humano. Otra de las ventajas marcadas en el uso de los bioMEMS es la disminución del riesgo y efectos secundarios de las intervenciones. También apoyan en el seguimiento a los pacientes, de forma precisa y lo más exacta posible, lo anterior disminuyendo considerablemente el tiempo de respuesta de resultados. En general se puede hacer de las ventajas del uso de tecnología en medicina tomando a los bioMEMS como un dispositivo que permite ampliar las capacidades humanas una división en 4 áreas principales: • Diagnóstico: permitirá identificar y determinar los procesos patológicos por los que pasa un paciente. • Preventivas: proteger al humano contra una enfermedad • Terapia o rehabilitación: se busca liberar al paciente de su enfermedad o corregir sus efectos sobre las funciones del paciente. • Administración y Organización: permite conducir y controlar el otorgamiento correcto y oportuno de los servicios de salud. Definitivamente las ventajas de los bioMEMS son innumerables ya que en general y donde se verá el impacto de esta tecnología es en el alto nivel de vida que una persona con discapacidad o enfermedad recurrente puede tener, en especial y el enfoque particular de este documento, el cáncer.. - 17 -.

(26) Capítulo 2. CAPITULO 2 ANÁLISIS COMPARATIVO MÉXICO – ESTADOS UNIDOS El actual capítulo abarca la parte teórico-practica desde el punto de vista de los centros de desarrollo ya que son fuente importante y nido de innovación y crecimiento para la investigación de esta tecnología. Este capítulo tiene la finalidad de presentar un comparativo de estudio entre los laboratorios de tres universidades de Estados Unidos versus el laboratorio con el que se cuenta en la región para MEMS y bioMEMS. El objetivo de esta comparación es encontrar las similitudes con las universidades estudiadas, bajo el contexto de los recursos con los que cuenta cada una, además de establecer la meta para alcanzar el crecimiento, desarrollo y beneficios que presenta en la actualidad. Por otro lado se pretende destacar los elementos de éxito de los laboratorios para ser tomados en análisis de capítulos posteriores. 2.1 Generalidades del Estudio Comparativo Actualmente en México la academia, a través de las universidades, se encuentra realizando investigación y desarrollo de proyectos MEMS y BioMEMS. Por parte de la Industria, solo existen tres empresas incursionando en esta tecnología en el país, además se cuenta con empresas maquiladoras de aparatos y componentes electrónicos de diferentes industrias (Secretaría de Economía, 2005), las cuales pueden servir como un punto de apalancamiento a la tecnología tratada. Por parte del sector Salud aun se encuentra más limitada; sin embargo en los últimos años la Secretaria de Salud se ha comprometido a invertir en investigación para la innovación de soluciones médicas (Secretaría de Salud, 2006).. 2.2 Estudio de las mejores prácticas México – Estados Unidos En base a un estudio realizado en la Escuela de Graduados en Dirección y Administración del Tecnológico de Monterrey cuyo autor es Henricksen (2005) señala los principales elementos de crecimiento para la realización de un cluster de BioMEMS en México, destacando estos puntos como los elementos más importantes que se encontraron en la mayoría de las universidades y laboratorios de Estados Unidos más reconocidos en esta área. Los elementos que Henricksen (2005) presenta son los contenidos en el I Model: Investment, Infrustructure, Intellectual Property, e Interaction. A lo largo de la tesis se hará referencia a este estudio como el Modelo de las cuatro I’s (Inversión, Infraestructura, Propiedad Intelectual e Interacción). Para el estudio comparativo a desarrollar se toma como base el I Model ya que es el único que se enfoca a México. Todos los estudios y formación de laboratorios y clusters que existen son del extranjero, específicamente ubicados en los Estados Unidos y - 18 -.

(27) Capítulo 2. Europa, por lo que se busca encontrar una intersección entre los elementos ya existentes y los que se tienen y/o se necesitan en México. Cabe señalar que el estudio fue realizado para la puesta en marcha de Clusters de MEMS en México, se recurre a este por la cercanía del estudio al país en la que el actual proyecto se desenvuelve; por otra parte, bioMEMS son componentes de la familia de los MEMS en sus diferentes aplicaciones, aunque con sus variantes, pero sin dejar de ser la tecnología base. Tomando en cuenta que la comparativa se hará bajo la estricta visión de centros de investigación e innovación con base en instituciones educativas, ya que en México es como están desarrollando los bioMEMS, la comparativa se hará bajo los parámetros de cuatro universidades: Universidad de Berckley, la Universidad de Stanford, y el Massachussets Institute of Technology (MIT) en los Estados Unidos y como representación de México se toma al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Se toma para México al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey como punto de comparación debido a que es una de las pocas universidades que esta destinando recursos tanto económicos como de inversión de conocimiento y recursos humanos a la tecnología en cuestión. Actualmente se encuentra trabajando en colaboración de proyectos en bioMEMS con la Universidad Autónoma de Nuevo León (News, n.d; Martínez, 2006). Ambas universidades localizadas en la frontera norte del país y ubicadas en el Estado de Nuevo León, razón por la cual son tomadas en cuenta para este estudio ya que se encuentran dentro de las limitantes territoriales para esta investigación. A continuación se presenta una tabla comparativa derivada de los casos que Henricksen (2005) presenta en su estudio. La elaboración de la tabla comparativa de los laboratorios de las universidades mencionadas anteriormente y el ITESM se desarrolla a partir de sitios de los laboratorios respectivos y fuentes como Mallozzi (2004), Hillman (2004), base de datos de patentes y entrevistas realizadas al Dr. Sergio Martínez (2006) director del departamento de Ingeniería Electrónica. Esta tabla se presenta como una forma de comparar los laboratorios más exitosos de Estados Unidos, con la finalidad de hacer un Benchmark de las mejores prácticas de cada laboratorio versus con las que se cuenta en la región. Lo anterior con la finalidad de observar cómo se encuentra la región norte del país, qué actividades son las clave en cada uno y cuáles son con las que se cuenta en la región o bien qué actividades funcionan como las habilitadoras para la industria en la región.. - 19 -.

(28) Capítulo 2. Categorías. Laboratorio. Berkeley. Standford. Microlab: es la única instalación en el campus que provee espacio para la investigación y estado del arte de semiconductores y tecnología de microfabricación.. Bio-X: soporta, organiza y facilita investigaciones interdisciplinarias asociando la biología y la medicina.. Investment. MIT. ITESM. Deshpande Center: Busca el mejoramiento de los procesos de innovación y asegurar que las ideas con potencial lleguen a ser una realidad. Concentrados en la construcción de puentes que minimicen la brecha existente de innovación. Una de las principales investigaciones es mejorar la longevidad y la calidad de vida del ser humano. MEMS Design Laboratory: Es un laboratorio para diseño de microsistemas, donde se busca la simulación y construcción de prototipos de dispositivos MEMS y bioMEMS.. US $ 20 M. $ 0.5 M. (Inversión). Costo Inicial. US $ 4.57 M. US $ 146 M. Tamaño Inicial Tamaño actual del laboratorio. 112 m2. 22760 m2. 15800 m2. Superior a 10000 m2. ND. ND. Área de computadoras para dispositivos y diseño de circuitos, un centro de litografía el cual se compone de tres cámaras step-and-repeat reduction, dos alineadores de contacto y facilidades de elaboración de máscaras con un generador de patrones ópticos, sistemas de microfilme, integración de muy grande escala (VLSI). El edificio combina rigidez con flexibilidad, lo anterior debido a que conserva estabilidad ante actividad sísmica. Se compone de equipo altamente sensitivo: lásers Los laboratorios son tradicionales, los laboratorios de capas están totalmente posibilitados y equipados.. Infrustructure. Infraestructura. (Infraestructura). Los laboratorios facilitan actividad a más de 700. - 20 -. 100 m2 100 m2 ND. Estaciones de trabajo de alto desempeño, computadores interconectadas, servidores, aparatos de microelectrónica, entre otros. Además de contar con software para el diseño de prototipos..

(29) Capítulo 2. Categorías. Berkeley procesamiento de filmes de silicon 4"/6”. Áreas equipadas con LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) y hornos atmosféricos, procesos específicos de grabadores de plasma, estaciones húmedas de proceso y varios tipos de metodología de equipamiento para pruebas en línea y diagnósticos analíticos especializados. Laboratorios con implementaciones químicas-mecánicas para pulir e intercalar capas. Cuenta también con un satélite de microfilme.. Standford. Propiedad Intelectual. ITESM. ND. Ninguna patente registrada.. académicos de 23 departamentos diferentes permitiendo el trabajo en equipos dinámicos.. Intellectual Property Formación de membranas con poros a escala nanométrica, involucra extracción selectiva del inmolatorio de la capa baja. (Membrane formation with nanometer scale pores, involves selective removal of the sacrificial base layer) Registros de la patente en España: WO200136321-A,. MIT. (Propiedad Intelectual) ND. - 21 -.

(30) Capítulo 2. Categorías. Berkeley. Standford. MIT. ITESM. EP1233927-A. Australia: WO200136321-A1, AU200117781-A. España: EP1233927-A1. Japón: JP2003514677-W y Estados Unidos: US2003205552-A1). Interaction. Convenios. Con el departamento de Ingeniería Electrónica, el departamento de Ciencias de la Computación, el laboratorio de Investigación de Electrónica (ERL Electronics Research laboratory). Además se encuentra trabajando con departamentos como bioingeniería, química, ingeniería química, ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería mecánica y física.. (Interacción). Con campus, departamentos, escuelas de la Universidad y empresas locales. Envuelven departamentos en ingeniería, ciencias de la computación, física, química y otros campos que comienzan a despuntar importantes retos en biociencia.. Cataliza colaboración con compañías que se asocian y empresarios.. Al interior de la Institución trabajan en colaboración con el departamento de mecánica, mecatrónica, dentro de óptica y Hospital San José. Al exterior se tienen convenios con la University of Texas Austin, Arizona State University, la Universidad Autónoma de Nuevo León y el CONACYT.. Otros Fecha de Inicio de operación del laboratorio Antigüedad en la investigación Número de empleados (academia y miembros industriales). 1979. 2003. Enero 2005. Superior a 30 años. Superior a 5 años. 4 años. Superior a 300. ND. 600. 2 años, desde Enero del 2003 1 empleado (administrador de sistema). Además colaboran: 5 profesores. - 22 -.

(31) Capítulo 2. Categorías. Berkeley. Standford. MIT. US$ 2.7 M. ND. ND. Sí. Sí. Sí ( Donaciones aseguradas por US$ 15 M, por un lapso de 5 años) Otras características que destaca el laboratorio del MIT son: Direccionamiento de investigaciones de acuerdo a negocios convenientes y recursos empresariales. Toman el papel de liga entre MIT y los negocios locales de la comunidad. Presentan y exhiben tecnologías desarrolladas en el MIT vía symposiums y workshops. Socios con inversionistas, empresarios e industria local ayudan a. Ganancias Actuales. Sustentabilidad. Características Generales. En sus actividades diarias tiene soporte de recursos humanos a: equipos, procesos, equipo de cómputo y administrativo. El programa opera a lo largo de la escuela de Humanidades y Ciencias, Ingeniería, Medicina, Ciencias de la Tierra y la Escuela de leyes.. El laboratorio tiene acceso controlado pero abierto a miembros activos las 24 horas los 7 días de la semana. El laboratorio también es usado por miembros industriales, activos por medio de un programa de la universidad llamado Berkeley Microlab Affiliates (BMLA). Adicionalmente cuentan. Una cantidad considerable de participantes, aproximadamente de 40 facultades, de diferentes disciplinas ocupan el centro.. - 23 -. ITESM investigadores, 3 estudiantes doctorales y 8 estudiantes de maestría. No se tienen. No hay actividades de extensión por lo que no cuentan con ganancias, sólo se cuenta con el dinero destinado a investigación por parte de las instituciones que lo proporcionan. No (sólo se cuenta con inversión para Investigación) El laboratorio trabaja en un amiente fabless (ambiente fuera de la fabricación). El laboratorio diseña bajo estándares de fabricación que imponen las empresas a las cuales están afiliadas. Ellos solo se dedican a seguir esos estándares y buscar innovaciones de dispositivos MEMS y bioMEMS. Se llevan a cabo diseños a diferentes niveles. La idea en general del laboratorio es diseñar en México y fabricar en.

(32) Capítulo 2. Categorías. Berkeley. Standford. con 18 compañías participantes en el uso del laboratorio.. MIT. ITESM. comercializar la tecnología desarrollada por el MIT Compañías empresariales cada vez hacen más fácil la reorganización, colaboración y logro de investigación innovadora.. Estados Unidos, donde actualmente se cuenta con convenios de compañías como MultiProject Circuits, INTEGRAM, MicroFabrica, Tronic’s Microsystem, entre otros, para la fabricación de dispositivos.. Tabla 2. Tabla Comparativa Laboratorios México-Estados Unidos. Construcción propia. - 24 -.

(33) Capítulo 2. 2.3 Análisis de la Tabla Comparativa A partir del análisis de la tabla presentada se puede deducir que todos los laboratorios buscan encontrar un lugar para la investigación en un esfuerzo por ligar las ciencias exactas con la biología y medicina. Se expondrá en primera parte los puntos generales de los laboratorios en Estados unidos para después hacer énfasis en México. 2.3.1 Estados Unidos A continuación se presenta un análisis de los laboratorios ubicados en los Estados Unidos. Se debe destacar que el tiempo de investigación y desarrollo es largo para estas tecnologías, por lo que a mayor tiempo transcurrido mayores serán los avances en ésta, lo cual se hará cuantificable a partir de registros de propiedad intelectual con los que cuenten las instituciones, organizaciones y países. Es una realidad que el elemento de mayor importancia y base para el desarrollo de nuevas tecnologías y en especial de complejos que alberguen el conocimiento es la inversión. Para los tres laboratorios se notan inversiones iniciales, en su extensión, muy diversas, ya que van desde los casi 5 millones hasta 146 millones de dólares. Esa inversión se ve reflejada directamente en el segundo factor del I Model, la infraestructura inicial, la cual es directamente proporcional a la inversión, pues como se puede denotar Bio-X es, por mucho, un laboratorio mucho más grande que el de Berkeley. A pesar de los datos netos mostrados en la tabla 2, la inversión e infraestructura no lo fueron todo para generar propiedad intelectual, fue más fuerte el tiempo de investigación que la universidad de Berkeley invierte en MEMS en el área biológica sobre el de la universidad de Stanford y del MIT (aún a pesar de las fuertes inversiones que tiene cada una). Por otro lado la investigación es la fortaleza que ha convertido a la Universidad de Berkeley en una de las universidades más importantes que participan en la industria, la investigación que hace esta universidad queda por arriba de la infraestructura con la que cuentan las otras dos universidades. Por supuesto se espera que las investigaciones de Stanford y MTI pronto den frutos exitosos en cuanto a propiedad intelectual se refiere. Como punto adicional a la inversión bajo un análisis concentrado se detectó que las inversiones crecen cuando no sólo es la academia la interesada en la investigación. Las fundaciones y empresarios interesados en estas son punto clave a descubrir para obtener mejores y mayores recursos. A la retrospectiva anterior se le nota cierta lógica, ya que el proceso de investigación y desarrollo es largo, parecido a la industria farmacéutica y fundamentada en el hecho de que ambas pertenecen a la medicina. Es de destacar que es una investigación redituable a largo plazo, ya que las grandes inversiones se verán reflejadas como productos o conocimiento consistente, en su mayoría, después de 5 años (Jiménez, 2006).. - 25 -.

(34) Capítulo 2. Tomando el cuarto y último punto del I Model se expone que la investigación en colaboración hace más rica, extensa, específica y puntual. En la tabla 2 se presentan los convenios y colaboración que se tienen en cada uno de los laboratorios, donde en su mayoría coinciden en áreas afines como medicina, ingeniería química, mecánica, electrónica, biotecnología y ciencias computacionales. Es importante además de tener estas alianzas comprender que la colaboración con la industria es pieza clave para poder desarrollar productos que le interesen a la misma y así, fortalecer y hacer de la comercialización un nicho de negocio a las innovaciones tecnológicas, encontrar los mercados a fines y hacer desarrollo para estos. 2.3.2 Frontera Norte En la frontera norte de México el ITESM, como actor de la región, está haciendo grandes esfuerzos en cuanto a investigación para el desarrollo de bioMEMS se refiere; sin embargo, no han sido suficientes en el área de complemento del modelo de las cuatro I’s (Investment, Infrustructure, Intellectual Property, e Interaction). México en la frontera norte, en cuanto a la investigación se ha enfocado en el estudio el ITESM, como actor de la región, ya que ha hecho grandes esfuerzos, pero no llegan a ser suficientes en el área de complemento a un modelo de las 4 I’s. En cuanto a la primer ‘I ‘ del modelo, actualmente la inversión del ITESM realizada en su mayor parte se debe a los convenios y consejos de los que han recibido recursos para la realización de investigación, pero no cuentan con recursos fijos disponibles para el crecimiento de los espacios físicos. La inversión inicial a comparación de las otras universidades es baja aun comparándola con los casi 5 millones de dólares que el laboratorio de Berkeley logró en su momento, ya que el ITESM alcanzó, solo, medio millón de dólares, lo cual es una cantidad considerable para el esfuerzo que se esta realizando. Ahora bien, el centro de biotecnología ha invertido casi 10 M para el desarrollo de éste; sin embargo, un problema latente es que no se ha encontrado una conexión entre ambas entidades, centro de biotecnología y el laboratorio MEMS del ITESM, que lleve a unir esfuerzos en cuanto a espacio se refiere. La recomendación es que el laboratorio de MEMS busque potencializar tanto el conocimiento como los recursos de infraestructura existentes a través del Instituto. Es un hecho que ambas trabajan en común en una de las líneas de investigación, biotecnología, ya que parte de las aplicaciones de los bioMEMS es esa línea y el centro está totalmente concentrado en esta. En cuanto a la primer ‘I ‘ del modelo, actualmente la inversión del ITESM realizada en su mayor parte se debe a los convenios y consejos de los que han recibido recursos para la realización de investigación, pero no cuentan con recursos fijos disponibles para el crecimiento de los espacios físicos. La inversión inicial a comparación de las otras universidades es baja aun comparándola con los casi 5 millones de dólares que el laboratorio de Berkeley logró en su momento, ya que el ITESM alcanzó sólo medio millón de dólares, lo cual es una cantidad considerable para el esfuerzo que se está realizando. No se puede decir que definitivamente puede crecer a lo que hoy es el MicroLab pero si se tienen muchas oportunidades para hacerlo. - 26 -.

(35) Capítulo 2. La propiedad intelectual, tercera ‘I ‘ del modelo, es sin duda de los puntos más relevantes y el MEMS Design Laboratory no cuenta con ninguna; sin embargo, se encuentran en proceso de la obtención de una patente en bioMEMS, la cual está bajo estudio ya que se ha hecho ya la requisición. Por otro lado se encuentra en proceso de preparación para ingresar la autorización de una segunda patente. Tomando el cuarto y último punto del modelo, interacción con departamentos, organizaciones y empresas, el Tecnológico tiene muy buenas relaciones. Ejemplo de esto es la colaboración que se tiene entre departamentos internos como mecatrónica, mecánica, centro de óptica, biotecnología y el Hospital San José en representación del área de medicina. En los convenios al exterior del Instituto se encuentra relación con la UANL quines se encuentran colaborando en investigación; con la Universidad de TexasAustin y la Universidad de Arizona como elementos en el extranjero para la colaboración de Investigación; en el contexto de de recursos el CONACYT es la organización que apoya directamente a la investigación en MEMS y bioMEMS que se encuentra realizando el departamento de Ingeniería Electrónica del ITESM. Definitivamente el laboratorio de diseño del departamento no es grande, solo obtiene recursos por parte de investigación y no hay recursos externos que apoyen el crecimiento del mismo. El director del laboratorio, Dr. Sergio Martínez, tiene muy presente la importancia de la extensión por lo que ya se esta pensando en ello. MEMS Design Laboratory tiene una antigüedad de 1 año formal, pero haciendo investigación en el ámbito cerca de 3 años más. El laboratorio cuenta con instalaciones pequeñas que más bien se mantienen a través de la colaboración de investigadores y estudiantes doctorales y de postgrado los cuales llevan investigación alineada a la funcionalidad de la infraestructura. El laboratorio no es por completo sustentable ya que se mantiene por los recursos que el CONACYT invierte para investigación en el ramo. Definitivamente es un punto problema que si no es bien administrado puede llegar a ser punto de quiebre para el área de investigación para el que funciona. Razón que apoya la fundamentación de buscar extensión para la atracción de recursos que permitan la sustentabilidad y crecimiento del mismo. Este laboratorio actualmente tiene un proyecto de colaboración con el área de biotecnología; sin embargo, no pertenece al centro de Biotecnología del ITESM, por lo que se recomienda unan esfuerzos estas dos entidades como lo explicado en apartados anteriores. 2.4 Los Elementos del Estudio Comparativo Respondiendo a los objetivos planteados al inicio de este capítulo, la semejanza que se encuentra entre las instituciones de los Estados Unidos y México la más cercana es con el laboratorio de la Universidad de Berkeley, debido a que las características de inversión e infraestructura son muy similares, aunque en propiedad intelectual y colaboración no lo son en su totalidad, ya que Berkeley manufactura prototipos el ITESM no, pero compartiendo el trabajo de patentar procesos como el MicroLab.. - 27 -.