Desarrollo e implementación electrónica de biosensores basados en la resonancia de plasmón superficial para medidas de alta sensibilidad
- Autores: Alfonso Francisco Medina Escuela
- Directores de la Tesis: José Ramón Sendra Sendra (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Hernández Ballester (presid.), Roberto Esper-Chaín Falcón (secret.), Javier Agustín García García (voc.), Laura Lechuga Gómez (voc.), Andrés García-Alonso Montoya (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Resumen En los últimos años la investigación en el campo de los biosensores ha crecido exponencialmente gracias a los avances de la tecnología. El elevado número de publicaciones científicas, revisiones y patentes sobre biosensores demuestra el gran interés que ha despertado sobre la comunidad científica.
Los biosensores se encuentran en infinidad de aplicaciones en la sociedad moderna. Se pueden encontrar en sectores tan diversos como la industria farmacéutica, el sector alimentario, el control ambiental, la seguridad nacional y sobre todo en el sector de la diagnosis clínica, siendo este último el área de mayor impacto socioeconómico.
Los biosensores son dispositivos formados por receptores biológicos, que detectan una determinada sustancia utilizando la especificidad de ciertas interacciones moleculares, y por transductores que interpretan la reacción de reconocimiento biológico, produciendo una señal proporcional y cuantificable. La concepción de un biosensor implica que distintas disciplinas de la ciencia concurran en la misma línea de trabajo. Es necesario que los investigadores de los fenómenos físicos y químicos que definen el funcionamiento de un biosensor conozcan las posibilidades y las limitaciones de la tecnología disponible. La naturaleza de estos dispositivos obliga a los grupos de investigación a ser multidisciplinares.
Este trabajo presenta el desarrollo electrónico de biosensores ópticos de alta sensibilidad basados en la resonancia de plasmón superficial, por lo que es indispensable conocer los principios de funcionamiento de los biosensores, los campos de aplicación y las actuales tendencias. Es necesario entender como se excita, bajo ciertas condiciones, a los plasmones superficiales en una fina película metálica, clave en los biosensores en estudio. La formulación matemática de este fenómeno electromagnético permite estimar el comportamiento de la luz en este tipo de dispositivos.
Se ha desarrollado una metodología para diseñar modelos ópticos tridimensionales que permita evaluar las configuraciones ópticas más relevantes en este tipo de biosensores, no solo a nivel óptico-geométrico sino también a nivel radiométrico.Conocer las características de las co nfiguraciones ópticas de los biosensores SPR ha facilitado la selección de los dispositivos optoelectrónicos más adecuados en cada caso. Se han desarrollado tres prototipos funcionales de biosensores ópticos basados en la resonancia de plasmón superficial utilizando fotodiodos de gran área, array de fotodiodos y sensores de imagen CMOS.
En las propuestas de este trabajo se han diseñado diversos sistemas electrónicos. También se han llevado a cabo las tareas de programación de los sistemas embebidos y de las aplicaciones de control de los biosensores, responsables de la gestión de la adquisición de datos y la automatización de la fluídica. Algunas de las soluciones aportadas han llegado a comercializarse.
Los diseños se han caracterizado y calibrado para obtener las medidas de sensibilidad de referencia. Los sistemas con mejores prestaciones se utilizaron en varios ensayos químicos más complejos orientados a la detección de pesticidas en el agua, determinación de hormonas en muestras biológicas y la detección de mutaciones genéticas relacionadas con la detección del cáncer de mama hereditario, entre otras. Todos los resultados fueron contrastados por técnicas analíticas convencionales.
La comparativa entre las ventajas e inconvenientes de cada uno de los diseños permitió establecer las especificaciones con las que se desarrolló y fabricó un nuevo detector optoelectrónico. Este dispositivo integrado (CQ-Sensor), patentado en 2010, reúne las características de sensibilidad y automatización que no ofrecen las soluciones comerciales actuales a los biosensores ópticos.
