Resumen de Label-free optical biosensors based on resonant nanopillars
El trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está centrado en la obtención de un biosensor óptico, que no necesite amplificación química (sin marcado), que tenga alta sensibilidad y un coste bajo. Este biosensor está basado en redes de nanopilares resonantes (R-NPs) compuestos por pares de Reflectores de Bragg de nitruro de silicio y óxido de silicio (Si3N4/SiO2) y una cavidad central de óxido de silicio (SiO2), dispuestas sobre un sustrato de cuarzo. Un nanopilar resonante tiene una respuesta óptica que consiste en una banda espectral que impide la transmisión de la luz (gap fotónico) salvo en un rango concreto de dicha banda, donde la luz se transmite (resonancia), debido a la cavidad central. La luz es guidada por cada R-NP que, debido a su carácter nanométrico, hace que parte de la luz viaje por fuera del nano-pilar observando lo que hay en su superficie, lo que se conoce como detección por campo evanescente. Aunque cada R-NP actúa como un único nanosensor, sería muy complicado observar la respuesta de un solo R-NP debido a su reducido tamaño, por ello se realizan redes o matrices de estos nanosensores, cuya proximidad produce un efecto de concentración de luz fuera de la superficie de los R-NPs, a este fenómeno se le conoce como concentración de la luz por campo evanescente. Además, estas celdas permiten que una muestra biológica líquida se infiltre en la matriz formada por los nasnosensores, y por ende se puedan observar: por un lado el cambio de las propiedades ópticas del líquido, y por otro, la inmobilización de un bioreceptor y las reacciones de afinidad entre el bioreceptor mencionado y la molécula objetivo a detectar (analito).
Uno de los desarrollos llevados a cabo en esta tesis es la fabricación de los R-NPs, siendo agrupados en celdas dispuestas en distintas zonas de un mismo chip, que, una vez tapizadas con el bioreceptor, se llamarán BICELLs (de su traducción al inglés Bio Photonic Sensing Cells). Esta distribución, dota a los R-NPs la posibilidad de ser utilizados como sensores con alta capacidad de multiplexación o capacidad para poder detectar muchas biomoléculas diferentes en un mismo chip.
Además de su diseño, fabricación y caracterización, en este trabajo se analiza el rendimiento de los R-NPs para ser utilizados como sensores químicos, ya que, mediante un conjunto de experimentos de sensado de las propiedades ópticas del V líquido inflitrado (bulk sensing) se puede observar que las redes de nano-sensores tienen capacidad para diferenciar pequeños cambios en el índice de refracción del medio que les rodea, siendo así ideales para poder distinguir diferentes components del líquido y correlacionarlo con propiedades como la densidad, la viscosidad, la turbidez, entre otras.
También se ha probado la capacidad de los R-NPs para detectar la inmovilización de los biorreceptores y el posterior reconocimiento específico del analito. Para ello, se trabaja en la modificación de la superficie de los R-NPs y en distintos protocolos de biofuncionalización. En este sentido se observa que efectivamente, son capaces de inmovilizar biomoléculas y detectar analitos, ya sea en ambiente seco, o inmersos en el medio de transporte. Sin embargo, se concluye que la sensibilidad de los R-NPs aumenta más de diez veces cuando éstos son interrogados en medio seco. Este efecto es principalmente debido a que el contraste de índice de refracción que existe entre el aire (medio seco) y los R-NPs es mucho mayor al contraste de índice de refracción que existe entre el agua (medio húmedo) y los R-NPs.
