Diseño e implementación de un sistema de medida basado en cabezales de lectura de discos ópticos para la interrogación de sensores fotónicos en silicio poroso

Abstract

[ES] Los biosensores ópticos miden la concentración de analito de una muestra utilizando fenómenos ópticos. En este documento se presenta el diseño y desarrollo de un equipo de integración de un biosensor óptico basado en silicio poroso utilizando un cabezal de lector de DVDs, además de una experimentación para verificar el funcionamiento del dispositivo. El dispositivo se basa en detectar diferencias en el índice de refracción del silicio poroso a una misma longitud de onda utilizando el cabezal de DVD que proporciona el haz de luz gracias a su diodo-laser. Utilizando ingeniería inversa se alimentó el diodo-laser y se colocó un fotosensor externo conocido en el cabezal. Se realizaron diversos ensayos para estudiar el comportamiento del cabezal y de la señal recibida. Finalmente se consiguió un prototipo que recibe una señal amplificada que ocupa al máximo el rango dinámico del convertidor analógico digital del procesador y además, cuenta con una limitación de la corriente de alimentación del diodo-laser para mejorar la estabilidad de las medidas. A la par se diseñaba y desarrollaba un software de control del sistema, que permite el almacenamiento y la representación gráfica de los datos una vez la medida a finalizado Finalmente, una vez conseguido el prototipo y el programa de control se realizó un experimento para caracterizar la respuesta del sensor al etanol. Por otro lado, se diseñaron el circuito impreso para poder implementarlo en una placa base en el dispositivo y la estructura del sistema para sostener el cabezal, mejorar el enfoque y facilitar el manejo.

[EN] Optical biosensors measure the analyte concentration of a sample using optical phenomena. This document presents the design and development of an integration equipment of an optical biosensor based on porous silicon using a DVD reader head, as well as an experimentation to verify the operation of the device. The device is based on detecting differences in the refractive index of porous silicon at the same wavelength using the DVD head that provides the light beam thanks to its laser diode. Using reverse engineering, the laser diode was fed and an external known photosensor was placed in the head. Various tests were carried out to study the behavior of the pickup head and the received signal. Finally, the obtained prototype receives an amplified signal that occupies all the dynamic range of the analogical digital converter of the processor. In addition, it counts on a limitation of the current of feeding of the diode-laser to improve the stability of the measurements. At the same time, a system control software was designed and developed, which allows the storage and graphic representation of the data once the measurement has been completed. Finally, once the prototype and control program had been achieved, an experiment was carried out to characterize the sensor's response to ethanol. On the other hand, the printed circuit board was designed to be implemented on a base plate in the device and the structure of the system to support the head, improve focus and facilitate handling.