A portable device for time-resolved fluorescence based on an array of cmos spads with integrated microfluidics

• Autores: Joan Canals
• Directores de la Tesis: Ángel Diéguez Barrientos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Rudolf Heuer (presid.), Juan Daniel Prades García (secret.), Juan Pablo Salvador Vico (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas por la Universidad de Barcelona
• Materias:
  • Física
    • Física molecular
      • Espectroscopia molecular
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos fotoeléctricos
    • Tecnología de la instrumentación
      • Instrumentos electrónicos
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• Resumen

  • Tradicionalmente, el análisis molecular se realiza en laboratorios equipados con instrumentos de sobremesa operados por técnicos especializados. Este paradigma ha ido cambiando en las últimas décadas, a medida que la tecnología de biosensor se ha vuelto tan precisa como los instrumentos de sobremesa, proporcionando resultados en periodos mucho más cortos de tiempo y miniaturizando la instrumentación, permitiendo así, trasladar paulatinamente las pruebas de diagnóstico fuera del laboratorio central. Sin embargo y pese a las ventajas inherentes de la espectroscopia de fluorescencia resuelta en el tiempo aplicada al diagnóstico molecular, no ha sido hasta la última década que se han comenzado a desarrollar dispositivos POC (Point Of Care) basados en la detección de la fluorescencia, debido al desafío que supone el desarrollo de sensores espectroscópicos de alto rendimiento, portátiles y de bajo costo. Esta tesis presenta el desarrollo de un sistema compacto, robusto y de bajo coste para el diagnóstico molecular basado en la espectroscopía de fluorescencia resuelta en el tiempo, que sirva como plataforma de uso general para la detección óptica de una variedad de biomarcadores, cerrando la brecha entre el laboratorio y el POC de los bioensayos basados en el análisis del decaimiento de la fluorescencia. En particular, se han desarrollado dos sistemas con distintos niveles de integración que combinan una matriz unidimensional de píxeles SPAD (Single-Photon Avalanch Diode) capaces de detectar un solo fotón, con un cartucho microfluídico intercambiable empleado para insertar la muestra, y un diodo láser UV pulsado de bajo coste como fuente de excitación. El diseño orientado a la detección por contacto del binomio formado por el sensor y la microfluídica, junto con la operación temporizada de los sensores, permite prescindir del uso de lentes y filtros. A su vez, el empaquetado a medida del chip sensor permite posicionar el cartucho microfluídico directamente sobre la matriz de sensores sin ningún procedimiento de alineamiento. Ambos sistemas han sido validados determinando el tiempo de descomposición de “quantum dots” en 20 nl de solución para distintas concentraciones, emulando un ensayo biomolecular en un dispositivo POC.