Desarrollo de capas porosas mediante procesos de síntesis para la creación de biosensores fotónicos

Abstract

[ES] Los biosensores fotónicos utilizan la interacción de la luz con la materia para detectar analitos presentes en ella, siendo una de las estrategias la interferometría Fabry-Pérot. Recientes estudios realizados en el Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) han permitido desarrollar sensores fotónicos porosos de óxido de titanio (TiO2) con buena respuesta óptica haciendo uso de la ruta sol-gel con agente director estructural (surfactante). La estructura porosa permite que una mayor cantidad de analito interaccione con la luz, lo que aumenta la respuesta óptica, y por tanto la sensibilidad. Sin embargo, pequeños tamaños de poro hacen que algunas biomoléculas de interés no puedan penetrar en las estructuras tridimensionales. Con el objetivo de hacer frente a esta limitación, se hace uso de agentes expansores de poro, los cuales se introducen en las micelas del surfactante (que actúa como agente director estructural) para expandirlas, agrandando así el tamaño de poro. Utilizando esta estrategia, el presente TFM se centrará en optimizar el proceso de fabricación de estructuras mesoporosas mediante la ruta sol-gel y el método de autoensamblaje por evaporación inducida (EISA), con el objetivo de conseguir un mayor tamaño de poro y un método repetible que permita llevar la producción de estos sensores fotónicos a gran escala, lo que implicaría una producción a menor coste. Además de caracterizar los sensores en base a su reflectividad, espesor y estructura superficial, su aplicación como biosensores se evaluará midiendo la capacidad de estos para poder detectar bajas concentraciones de proteínas, como la albúmina de suero bovino (BSA) y el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF), siendo este último uno de los factores relacionados con el crecimiento de tumores. Para ello se utilizaron diversas técnicas de biofuncionalización y se desarrolló un nuevo método utilizando el sensado estático.

[EN] Photonic biosensors explore the light-matter interaction to detect analytes present in the sample, and Fabry-Pérot interferometry is one of the strategies. Recent studies carried out by the Nanophotonics Technology Center (NTC) have enabled the creation of mesoporous titania photonic sensors with a good optical response, using the sol-gel method combined with self-assembly strategy. The porous structure allows a greater quantity of analyte to interact with light, which increases the optical response and sensitivity. However, small pores hamper the entry of some biomolecules of interest into the 3D structure. With the aim of addressing this limitation, pore-expanding agents are used. They are introduced into the micelles of the surfactant (which acts as a structural director agent) to expand them, so they enlarge the pore size. Using this strategy, this TFM considers the optimisation of the mesoporous structure fabrication process using sol-gel and Evaporation Induced Self-Assembly (EISA) with the objective of achieving a bigger pore size and obtaining a repeatable method that enables mass-production of these photonic sensors, at low cost. In addition to the characterisation of the sensors using their reflectivity, thickness and superficial structure, their application as biosensors will be evaluated by measuring the capacity of the sensors to detect low concentrations of proteins such as Bovine serum albumin (BSA) and Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), that is a factor related to tumour growth. To that end, different biofunctionalization techniques will be used and a new static sensing method will be developed.

[CAT] Els biosensores fotònics utilitzen la interacció de la llum amb la matèria per detectar anàlits presents en ella, sent una de les estratègies la interferometria Fabry-Pérot. Recents estudis realitzats en el Centre de Tecnologia Nanofotònica (NTC) han permés desenvolupar sensors fotònics porosos d'òxid de titani (TiO2) amb bona resposta òptica fent ús de la ruta sol-gel amb agent director estructural (surfactant). L'estructura porosa permet que una major quantitat d'anàlit interaccione amb la llum, la qual cosa augmenta la resposta òptica, i per tant la sensibilitat. No obstant això, xicotetes grandàries de pors fan que algunes biomolècules d'interés no puguen penetrar en les estructures tridimensionals. Amb l'objectiu de fer front a aquesta limitació, es fa ús d'agents expansors de por, els quals s'introdueixen en les micel·les del surfactant (que actuen com un agent director estructural) per a expandir-les, incrementant així la grandària dels pors. Utilitzant aquesta estratègia, el present TFM es centrarà en optimitzar el procés de fabricació d'estructures mesoporoses mitjançant la ruta sol-gel i el mètode d'auto-assemblatge per evaporació induïda (EISA), amb l'objectiu d'aconseguir una major grandària de por i un mètode repetible que permeta portar la producció d'aquests sensors fotònics a gran escala, la qual cosa implicaria una producció a menor cost. A més de caracteritzar els sensors en funció de la seua reflectivitat, grossària i estructura superficial, la seua aplicació com biosensors s'avaluarà mesurant la capacitat d'aquests per poder detectar baixes concentracions de proteïnes com l'albúmina de sèrum boví (BSA) i el factor de creixement de l'endoteli vascular (VEGF), sent aquest últim un dels factors relacionats amb el creixement de tumors. Per a això es van utilitzar diverses tècniques de biofuncionalització i es va desenvolupar un nou mètode emprant el sensat estàtic.