Tesis doctoral de Srdjan Acimovic
En los últimos años, la plasmónica de nanopartículas metálicas junto con aplicaciones hacia biosensing (detección de agentes biológicos) han tomado ímpetu hasta el punto en que empresas de investigación y desarrollo están invirtiendo altos recursos en el desarrollo de biosensores basados en la resonancia de plasmones de superficies localizados (lspr). Conceptualmente, la motivación principal de la investigación presentada dentro de ésta tesis es lograr un biosensor lspr completamente operacional e interfazado con microfluidica de punta, permitiendo un control preciso para manipular las muestras y una lectura de medición estable. Los sensores lspr están diseñados específicamente por medio de la técnica de nanofabricación de litografía con haz de electrones, en donde las interacciones entre nanoparticulas son optimizadas para que tengan una sensibilidad aumentada y una relación alta de señal versus ruido. Sin embargo, el rendimiento general de un dispositivo lspr ¿lab-on-a-chip¿ (laboratorio en un chip), depende críticamente de la preparación de la capa de reconocimiento biológico así como de la pasivación de la superficie del sustrato. Como introducción, los principios del biosensing son identificados, abarcando tanto la resonancia de plasmones de superficie (spr) como la resonancia localizada de plasmones de superficie (lspr). Al ser la spr implementada exitosamente en un producto comercial, la física detrás de la spr es comparada a la de la lspr en el capitulo 1, junto con las ventajas y desventajas de ambos. El capítulo 2 describe los métodos necesarios para el desarrollo de sensores basados en lspr, empezando con los métodos de nanofabricación, la herramienta de modelamiento (comsol), mientras que las bases de la microfabrication de chips de microfluídica concluyen este capítulo, donde redes pasivas y activas de microfluídica son discutidas. Nanoparticulas cercanas acopladas (dimeros), con una separación dieléctrica menor a decenas de nanometros, exhiben propiedades ópticas partícularmente atractivas. El capítulo 3 está dedicado a la caracterización óptica de arreglos de dimeros nanofabricados. Los datos adquiridos demuestran las ventajas de los métodos de nanofabricación presentados en el capítulo 2 y de la técnica para la determinación rápida y confiable de los parámetros característicos de las nanopartículas. Los experimentos iniciales similares a biosensado presentados en el capítulo 4 (sin integrar la microfluídica) probaron por primera vez las predicciones teóricas de mayor sensibilidad, dando adicionalmente la respuesta específica dependiendo del tamaño del objeto en cuestión y la separación dieléctrica entre nanopartículas. La respuesta global de arreglos de diferentes dimeros (varias separaciones) nos proporciona información acerca de la conformación adoptada de la proteina analizada una vez ésta es inmobilizada. Resonancias anchas de dimeros sufren de ruido mayor cuando son empleadas para biosensado lspr en tiempo real. Como alternativa para superar este problema, la posibilidad de emplear interacciones de campo lejano dentro del arreglo de nanopartículas para hacer más angosta la resonancia espectral es investigada en el capítulo 5, optimizando la periodicidad del arreglo e introduciendo guías de onda de películas delgadas. Finalmente, el capítulo 6 de conclusiones es dedicado al ensamblaje completo de un lab-en-un-chip de un biosensor lspr, empezando con la combinación de sustratos plasmónicos con redes microfluídicas activas compatibles, permitiendo el guíado preciso y multiplexado de muestras. El dispositivo prototipo formado por 8 sensores individuales es presentado con modos de operación típicos. La determinación promedio del índice de refracción de varias muestras demuestra el principio de funcionamiento de tal dispositivo. Finalmente, varias estrategias de bioreconocimiento de formación de capas son discutidas dentro de la investigación en curso.
Datos académicos de la tesis doctoral «Localized surface plasmon resonance for biosensing lab-on-a-chip applications«
- Título de la tesis: Localized surface plasmon resonance for biosensing lab-on-a-chip applications
- Autor: Srdjan Acimovic
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 30/10/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Roman Quidant
- Tribunal
- Presidente del tribunal: joachim Krenn
- alexander Dmitriev (vocal)
- (vocal)
- (vocal)