Síntesis de xerogeles mesoporosos en capa delgada para el desarrollo de sensores fotónicos

Abstract

[ES] Los sensores fotónicos explotan la forma en que ciertos materiales interaccionan con la luz, para detectar pequeñas variaciones composicionales a su alrededor, de forma sencilla, rápida y versátil. Estos pueden clasificarse en función de la estrategia que utilizan para monitorizar su interacción con la luz. Así, podemos encontrar sensores de resonancia plasmónica de superficie (SPR), de onda evanescente (incluyendo los de fibra óptica y tecnología de guía de onda planar), interferométricos, y de resonancia plasmónica de superficie localizada (LSPR, incluyendo los de surface enhanced Raman scattering, SERS). En los últimos años, el campo de los sensores fotónicos ha sido revolucionado por la aparición de los materiales porosos, ya que su elevada área superficial permite una mayor sensibilidad en la detección por interferencia, ondas guiadas o SERS, y su versatilidad hace posible su utilización en prácticamente todas las áreas de aplicación (principalmente medicina, monitorización ambiental o seguridad alimentaria). El Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) viene desarrollando sensores fotónicos basados en nanoestructuras de Silicio poroso (obtenidas por vía electroquímica) desde hace años, con un destacable funcionamiento. Una potencial optimización de éstos sería el uso de materiales con una distribución de poros más homogénea, lo que permitiría alcanzar una respuesta óptica más estable/reproducible a lo largo de toda su superficie. Las vías de síntesis de nanomateriales bottom-up se basan en la creación de arquitecturas con las formas y tamaños deseados a partir de unidades estructurales más pequeñas, y precisamente por esta razón, permiten un mayor control en el diseño del nanomaterial. Por ello, este TFG plantea el uso de una técnica bottom-up, como es la ruta Sol-Gel, para obtener xerogeles mesoporosos inorgánicos en capa delgada, con una porosidad más homogénea, para el desarrollo de sensores fotónicos con una respuesta óptica reproducible.

[EN] Photonic sensors explore the way certain materials interact with light, in order to detect tiny compositional variations around them in a simple, fast and versatile way. They can be classified depending on the strategy being used to monitor their interaction with light. So, we can find surface plasmon resonance sensors (SPR), evanescent wave sensors (including optical-fibre and planar waveguide technology), interferometers, and localized surface plasmonic resonance (LSPR), including surface enhance Raman scattering, SERS). In the past few years, the field of photonic sensors has been revolutionized by the appearance of porous materials, due to the fact that their high surface area gives them a higher sensitivity when detecting by means of interference, waveguides or SERS, and, moreover, their versatility allows their use in practically any area of application (mostly medicine, environment monitorization and food security). The NTC (Nanophotonics Technology Center) has been developing photonic sensors based on porous silicon nanostructures (obtained by electrochemical procedures) for a few years, with a remarkable performance. A potential optimization might be the use of materials with more homogeneously-distributed pores, which will drive to a more stable/reproducible optical response along their surface. Bottom-up nanomaterials synthesis are based on the creation of architectures with desired sizes and shapes from smaller structural units. Because of this, they allow a more controllable nanomaterial design. Therefore, this TFG considers the use of a bottom-up technique such as the Sol-Gel route to obtain more homogeneously-distributed mesoporous inorganic xerogels thin films, for the development of photonic sensors with a reproducible optical response.

[CA] Els sensors fotònics trauen profit de la forma en què certs materials interaccionen amb la llum, per detectar lleugeres variacions composicionals al seu voltant, de manera senzilla, ràpida i versàtil. Aquestos sensors poden classificar-se en funció de l'estratègia que utilitzen per a monitoritzar la seua interacció amb la llum. Així, podem trobar sensors de ressonància plasmònica de superfície (SPR), d'ona evanescent (incloent-hi els de fibra òptica i tecnologia de guia d'ona planar), interferomètrics, i de ressonància plasmònica de superfície localitzada (LSPR, incloenthi els de surface enhanced Raman scattering, SERS). En els últims anys, el camp dels sensors fotònics ha sigut revolucionat per l’aparició dels materials porosos, ja que la seua elevada àrea superficial permet una major sensibilitat en la detecció per interferència, ones guiades o SERS, i la seua versatilitat fa possible la seua utilització en pràcticament totes les àrees d'aplicació (principalment medicina, monitorització ambiental o seguretat alimentària). El NTC (Centre de tecnología nanofotònica) ve desenvolupant sensors fotònics basats en nanoestructures de Silici porós (obtingudes per via electroquímica) des de fa anys, amb un destacat funcionament. Una potencial optimització d’aquestos seria l'ús de materials amb una distribució de pors més homogènia, que permetria aconseguir una resposta òptica més estable/reproduïble al llarg de tota la seua superfície. Les vies de síntesi de nanomaterials bottom-up es fonamenten en la creació d'arquitectures amb les formes i grandàries desitjades a partir d'unitats estructurals més xicotetes, i precisament per aquesta raó permeten un major control en el disseny del nanomaterial. Per això, aquest TFG planteja l'ús d'una tècnica bottom-up com és la ruta Sol-Gel per a obtenir xerogels mesoporosos inorgànics en capa prima, amb una porositat més homogènia, per al desenvolupament de sensors fotònics amb una resposta òptica reproduïble.