Fabricación y caracterización de sensores químicos basados en silicio para aplicaciones bioquímicas
- Autores: Isabel Alexandra Marques de Oliveira
- Directores de la Tesis: Abdelhamid Errachid Elsalhi (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2008
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Albert Cornet i Calveras (presid.), Oscar Ruiz Sanchez (secret.), Joan Bausells Roigé (voc.), Nicole Jaffrezic Renault (voc.), Francesc Teixidor Bombardo (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
Los sensores no son otra cosa que elementos capaces de captar las señales físicas y/o químicas de su entorno y convertirlas en señales eléctricas. La información así transformada puede ser cómodamente cuantificada, manipulada y procesada por sistemas electrónicos e informáticos. Esto ha llevado a colocarlos allí donde hay algo que medir, incluyendo los lugares más corrientes y los más inaccesibles.
Los sensores han evolucionado convirtiéndose en una parte importante de muchos sistemas de medición que recopilan información para ser procesada por otros y nuevos sistemas. En la presente década siguen sometidos a mejoras en diferentes niveles de su comportamiento y tecnología, afirmándose que en las próximas décadas serán utilizados de manera rutinaria, por ejemplo en las aplicaciones médicas, control de sistemas, robótica, medio ambiente, análisis químicos, agroalimentarios, convirtiéndose además en dispositivos de referencia para los microsistemas más avanzados.
Las tecnologías de sensores han experimentado un notable avance en los últimos años, debido fundamentalmente a la integración de dos tecnologías muy diferentes en un único dispositivo: la tecnología microelectrónica para la fabricación de circuitos integrados y la tecnología de materiales selectivos a iones para la fabricación de electrodos selectivos a iones (ESIs). Las características más destacables de estos dispositivos, que les han convertido en opciones altamente atractivas para competir en el mercado con otras tecnologías de varios campos, son: su especificidad, su alta sensibilidad, su corto tiempo de análisis, su capacidad de inclusión en sistemas integrados, su facilidad de automatización, su capacidad de trabajar en tiempo real, su versatilidad (que permite el diseño de dispositivos a la carta) y su bajo coste mediante la producción en masa, entre otras.
El presente trabajo de investigación titulado "Fabricación y caracterización de sensores químicos basados en silicio para aplicaciones bioquímicas", trata el desarrollo de unos nuevos sensores potenciométricos y capacitivos para la determinación cuantitativa de iones.
En el capitulo I se exponen los aspectos teóricos de funcionamiento, aplicaciones y limitaciones de los sensores electroquímicos, más concretamente los sensores potenciométricos y los sensores capacitivos.
En el capitulo II se describe el desarrollo de nuevos sensores químicos de estado sólido sensibles al ión cobre (II) basados en un nuevo compuesto macrocíclico, 4-fenil-11-decanoil-1,7-ditia-4-fosfotioil-11-azaciclotetradecano, cuya estructura ha sido diseñada en el grupo del Prof. J. Casabó (Departamento de Química Inorgánica de la Universidad Autónoma de Barcelona) para mejorar sus prestaciones como molécula receptora. El estudio del nuevo compuesto macrocíclico se ha realizado mediante cuatro configuraciones distintas, dos de tipo potenciométrico y dos de tipo capacitivo.
En los sensores potenciométricos, se empieza por utilizar macroelectrodos basados en epoxi-grafito, en los que se optimizan los componentes de la membrana polimérica selectiva al ión cobre (II) y se realiza la caracterización electroquímica de los mismos. Seguidamente, se hace un estudio análogo con microelectrodos de platino que han sido previamente modificados con una capa de poli (pirrol) con el fin de mejorar la adherencia de la membrana y el comportamiento electroquímico en la interfaz membrana/substrato conductor. La electropolimerización del polímero sobre el platino se ha realizado en colaboración con el grupo del Prof. F. Teixidor (Institut de Ciencia de Materials de Barcelona - CSIC). Por último se comparan los resultados obtenidos con los dos sensores potenciométricos.
En los sensores capacitivos, interesantes por su facilidad de miniaturización y su bajo consumo energético, por un lado se hace el estudio de la membrana polimérica sensible al ión Cu (ll) optimizada con los macroelectrodos sobre estructuras capacitivas AS (aislante-semiconductor). Para mejorar la adherencia de la membrana al substrato de Si3N4 se hace una etapa previa de silanización de la superficie. Por otro lado, y como alternativa a los sensores basados en membranas poliméricas, se depositan películas de Langmuir-Blodgett en las estructuras capacitivas. En ambos casos, se evalúa el comportamiento de las estructuras capacitivas mediante espectroscopia de impedancia electroquímica. Se utilizan técnicas de caracterización de superficies para obtener más información acerca de la organización superficial, en cada una de las etapas de construcción de los sensores capacitivos.
En el capítulo III se exponen resultados de microelectrodos de platino preparados con una película de poli (pirrol) dopado con el anión cobaltobis dicarballuro [3,3'-Co (1,2-C2B9H11)2] sobre los cuales se ha depositado una membrana polimérica con el ionóforo incorporado (p-tert-butilcalix [4] areno etil ester) sensible al ión sodio.
En el capítulo IV se describe el desarrollo de una nueva generación de sensores químicos capacitivos basados en una monocapa autoorganizada de un nuevo caliches[n]areno, que ha revelado ser sensible al ión calcio. Explotando las capacidades de este tipo de compuestos como moléculas receptoras de cationes, se ha sintetizado un nuevo derivado del caliches [4] corona-5 al cual se le han introducido dos grupos ditiol, que sirven de puntos de anclaje para la formación de la monocapa en la superficie del electrodo de oro. La síntesis del nuevo ionóforo ha sido realizada en colaboración con el grupo del Prof. F. Vocanson (Universidad de Lyon - Francia). Debido al tipo de estructura (conformación, grupos funcionales, etc.) que posee el nuevo calixareno, se ha enfocado las medidas de espectroscopia de impedancia electroquímica al estudio de dos tipos de cationes: alcalinos y alcalino-térreos. Para la caracterización superficial y con el fin de mejor controlar la etapa de modificación de los electrodos de oro, se han preparado superficies estampadas mediante la técnica de Microcontact Printing.
Por último, en el capítulo V se recogen las conclusiones generales a las que se ha llegado en el presente trabajo.
