Combination of nanophotonic biosensors and light-assisted immobilization procedures for the detection of cardiac biomarkers

Abstract

[ES] El cuidado de la salud es un campo en el que la detección precoz de enfermedades está cobrando cada vez más importancia. Hoy en día, profesionales y ciudadanos demandan que las técnicas de diagnóstico sean de alta calidad, tanto para el sistema de sanidad privado como para el público. Cuando se utilizan técnicas de diagnóstico de manera inadecuada, eso puede acarrear bastantes consecuencias, tales como un serio peligro sobre la salud y la sobrecarga técnica y económica de los servicios de salud. Eso es debido a que las técnicas de diagnóstico disponibles hoy en día son demasiado costosas, centralizadas en laboratorios y necesitan profesionales altamente cualificados para poder llevar a cabo dichas tareas, lo que conllevaría una demora en el tiempo, siendo este muchas veces vital para los enfermos. Es muy necesario, por lo tanto, reflexionar sobre la necesidad y emergencia de tales prácticas preventivas, especialmente para enfermedades de alto riesgo como el cáncer, el Alzheimer o la primera causa de muerte en el mundo, las enfermedades cardiovasculares. En este contexto, el objetivo principal del trabajo realizado durante esta Tesis Doctoral es ayudar a superar estos problemas mediante la exploración de la posibilidad de utilizar tecnología fotónica para el desarrollo de sistemas de análisis que puedan ser utilizados para el diagnóstico y pronóstico de las enfermedades cardiovasculares. Este objetivo se ha abordado mediante la combinación de la tecnología nanofotónica, consistiendo en la nanofabricación de las estructuras PBG de sensado que ofrece varios beneficios, como una alta sensibilidad, una extrema reducción de tamaño y un proceso de fabricación compatible con el de la industria microelectrónica, con un método de biofuncionalización obteniendo una capa de bioreconocimiento estable y selectiva mediante el uso de la reacción TEC asistida por luz capaz de proporcionar unas capas de bio-reconocimiento extremadamente finas con una inmovilización espacialmente selectiva.

[CA] L'atenció a la salut és un camp en què la detecció precoç de malalties està cobrant cada vegada més importància. Hui en dia, professionals i ciutadans demanen que les tècniques de diagnòstic siguin d'alta qualitat, tant per al sistema de sanitat privat com per al públic. Quan s'utilitzen tècniques de diagnòstic de manera inadequada, això pot comportar bastants conseqüències, com ara, un seriós perill sobre la salut i la sobrecàrrega tècnica i econòmica dels serveis de salut. Això és degut al fet que les tècniques de diagnòstic disponibles hui en dia són molt costoses, centralitzades en laboratoris i necessiten professionals altament qualificats per poder realitzar aquestes tasques, lo que comportaria a una demora en el temps que moltes vegades es vital pels malalts. És molt necessari, per tant, reflexionar sobre la necessitat i emergència de tals practiques preventives, especialment per a malalties d'alt risc com el càncer, l'Alzheimer o la primera causa de mort al món, les malalties cardiovasculars. En aquest context, l'objectiu principal del treball realitzat durant aquesta Tesi Doctoral és ajudar a superar aquests problemes mitjançant l'exploració de la possibilitat d'utilitzar tecnologia fotònica per al desenvolupament de sistemes d'anàlisis que puguin ser utilitzats per al diagnòstic i pronòstic de les malalties cardiovasculars. Aquest objectiu s'ha abordat mitjançant la combinació de la tecnologia nanofotònica, consistint en la nanofabricació de les estructures de detecció de PBG fotòniques que ofereix diversos beneficis, com una alta sensibilitat, una extrema reducció de mida i un procés de fabricació compatible amb el de la indústria microelectrònica, amb un mètode de biofuncionalització obtenint una capa de bio-reconeixement estable i selectiva mitjançant l'ús de la reacció TEC assistida per llum capaç de proporcionar unes capes de bioreconeixement extremadament fines amb una immobilització espacialment selectiva.

preventives, especialment per a malalties d'alt risc com el càncer, l'Alzheimer o la primera causa de mort al món, les malalties cardiovasculars. En aquest context, l'objectiu principal del treball realitzat durant aquesta Tesi Doctoral és ajudar a superar aquests problemes mitjançant l'exploració de la possibilitat d'utilitzar tecnologia fotònica per al desenvolupament de sistemes d'anàlisis que puguin ser utilitzats per al diagnòstic i pronòstic de les malalties cardiovasculars. Aquest objectiu s'ha abordat mitjançant la combinació de la tecnologia nanofotònica, consistint en la nanofabricació de les estructures de detecció de PBG fotòniques que ofereix diversos beneficis, com una alta sensibilitat, una extrema reducció de mida i un procés de fabricació compatible amb el de la indústria microelectrònica, amb un mètode de biofuncionalització obtenint una capa de bio-reconeixement estable i selectiva mitjançant l'ús de la reacció TEC assistida per llum capaç de proporcionar unes capes de bioreconeixement extremadament fines amb una immobilització espacialment selectiva.

[EN] Healthcare is a field where the early detection of diseases is becoming more and more important. Nowadays, professionals and citizens demand high quality diagnosis techniques offered by both private and public health systems. When the application of diagnostic tests is not adequate, different consequences can be observed such as health hazard and technical and economic overload of health services. This is due to the fact that the diagnostic techniques available are expensive, centralized in laboratories and with the need for highly qualified professionals to carry out these tasks, what can fundamentally lead to delays in time, being critical for the patient's health. It is very necessary, therefore, to reflect on the need and emergency of such preventive practices, especially for high-risk diseases such as cancer, Alzheimer or the first cause of death in the world, the cardiovascular diseases. Within this context, the main objective of the work done during this PhD Thesis is to help on overcoming these problems by exploring the possibility of using photonic technology for the development of analysis devices which might be used for the early diagnosis and prognosis of cardiovascular diseases. This objective has been addressed by combining nanophotonic technology, by the nanofabrication of the photonic PBG sensing structures, which provides several benefits such as a high sensitivity, an extreme size reduction and a fabrication process being compatible with that from the microelectronics industry, with a light-assisted biofunctionalization method forming a stable and selective biorecognition layer using TEC reaction able to provide extremely thin biorecognition layers with a spatially-selective immobilization.