Bimodal waveguide interferometer device based on silicon photonics technology for label-free and high sensitive biosensing
- Autores: Ana Belén González Guerrero
- Directores de la Tesis: Laura Lechuga Gómez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Josefa Yzuel Giménez (presid.), María José Bañuls Polo (secret.), Boris Mizaikoff (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
Els dispositius òptics biosensors basats en la detecció d’ona evanescent podrien superar les limitacions dels tests de diagnòstic actuals (que són lents i cars) degut a la possibilitat de realitzar les deteccions a temps reals i fent servir un esquema sense la necessitat de marcatges. Entre els diferents transductors òptics, els interferomètrics són els que posseeixen els millors límits de detecció (LOD) deguts a canvis en el índex de refracció de dissolucions (10-7-10-8 Unitats d’Índex de Refracció, RIU) així com per sensibilitat superficial (en el rang dels pg/ml) i un rang lineal més gran. No obstant, les configuracions interferomètriques (l’interferòmetre Mach-Zehnder o el Young) més usuals fan servir un divisor amb forma de Y, que és essencial per dividir o recombinar la llum, lo qual, degut a les toleràncies de les actuals tècniques de fabricació es una gran desavantatge per la reproduibilitat d’aquests dispositius. Per evitar aquests problemes, hem desenvolupat una configuració interferomètrica més simple basada en un guia de ones recte on dos modes de llum de la mateixa polarització interfereixen entre si. Aquesta configuració elimina la complexitat dels interferòmetres més utilitzats i conseqüentment, el biosensors que s’obtenen són més fiables i reproduïbles. Aquesta tesis esta dirigida al desenvolupament i la caracterització d’un nou transductor fotònic per biosensat d’alta sensibilitat i sense marcatges, el dispositiu de guia d’ona bimodal (BiMW). Amb aquest propòsit, els següents punts han estat plantejats: 1. Disseny, fabricació i caracterització òptica del transductor que opera segons el principi de la interferència de dos modes de llum. 2. Desenvolupament i optimització de les estratègies de funcionalització de la superfície transductora fent servir processos de silanització. 3. Estudi de l’aplicabilitat del biosensor amb la demostració del diagnosis analític de problemes clínics rellevants. El transductor es fabrica a nivell d’oblea a la Sala Blanca, lo qual garanteix la producció en massa del dispositiu així com un preu baix del mateix. El dispositiu és molt sensible a variacions en l’índex de refracció de dissolucions, obtenint un límit de detecció de 2×10-7 RIU. La biofuncionalització de l’àrea sensora es un dels aspectes més importants d’aquest treball. Diferents protocols per immobilitzar els diferents bioreceptor en la superfície del dispositiu (cadenes d’ADN, proteïnes i anticossos) han estat desenvolupats. Aquests protocols s’han fet servir per la demostració de diferents bioaplicacions; la detecció d’hormones, bactèries o seqüències d´ADN complementàries. Els resultats presentats en aquesta tesis han destacat pel superior funcionament d’aquest dispositiu en comparació amb els tests de diagnosis convencionals degut a: i) la possibilitat de monitoritzar les interaccions biomoleculars en temps real i fent servir un esquema sense marcadors reduint el temps i el cost de l’assaig, ii) la fabricació del dispositiu fent servir microtecnologia de silici, possibilitant la producció en massa, iii) l’alta sensibilitat (pg/ml, femtomolar) demostrada per les diferents bioaplicacions avaluades i iv) el dispositiu reuneix els requeriments específics per ser miniaturitzat e integrat en una plataforma de sensat multiplexada. Aquest treball obre la porta a la integració d’aquest transductor en un dispositiu lab-on-a -chip, una feina que inclou l’acoblament/detecció de la llum, un sistema capaç de modular la senyal interferomètrica i la incorporació de canals microfluídics per anàlisis multiplexats. Cadascun d’aquests temes afegeix molta complexitat al dispositiu final, han de ser individualment desenvolupades i optimitzades per ser integrades en un biosensor lab-on-a-chip. Finalment, la possibilitat de detectar simultàniament múltiples analits involucra el desenvolupament de noves tècniques per recollir les múltiples senyals així com desenvolupar noves estratègies de biofuncionalització.
