Evaluación del uso de sensores fotónicos basados en capas porosas de óxido de titanio para la detección de gliadina

Abstract

[ES] Los sensores fotónicos son una de las alternativas más interesantes para el desarrollo de dispositivos de análisis con aplicación en múltiples campos como por ejemplo el diagnóstico médico, la seguridad alimentaria, la monitorización medioambiental o la detección de amenazas biológicas, entre muchos otros. El interés en la tecnología fotónica para el desarrollo de sensores viene determinado por las múltiples ventajas que presenta, como por ejemplo, su alta sensibilidad, su reducido tamaño, la posibilidad de realizar una detección sin marcadores o el requerimiento de volúmenes de muestra muy reducidos para llevar a cabo el análisis. Dentro del campo de los sensores fotónicos, el uso de materiales porosos para su creación ha despertado un enorme interés en los últimos años. Esto es debido al hecho de que su naturaleza porosa permite que las sustancias a detectar puedan penetrar dentro de la propia estructura de sensado, algo que puede aumentar la sensibilidad todavía más. Además, la elevada relación superficie-volumen que proporcionan estos materiales también permite disponer de una mayor superficie sobre la que inmovilizar los bioreceptores necesarios para la detección específica de las sustancias, de forma que sea posible detectar un mayor número de bioreconocimientos. En este contexto, en este Trabajo Fin de Grado se plantea la evaluación de la capacidad de usar este tipo de sensores fotónicos basados en capas porosas para la detección de un analito de interés en el campo de la salud alimentaria, como es la gliadina, una de las principales proteínas del gluten y que está relacionada con la enfermedad celiaca. En concreto, se trabajará en el uso de capas porosas de óxido de titanio creadas por síntesis en el Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV, las cuales pueden ser obtenidas mediante un proceso sencillo y de bajo coste. Estas capas porosas serán modeladas inicialmente de forma teórica de cara a determinar su comportamiento y su sensibilidad, para posteriormente evaluar de forma experimental la posibilidad de usarlas para la detección específica de gliadina en muestras sintéticas.

[CA] Els sensors fotònics són una de les alternatives més interessants per al desenvolupament de dispositius d'anàlisi amb aplicació en múltiples camps com, per exemple, el diagnòstic mèdic, la seguretat alimentària, la monitorització mediambiental o la detecció d'amenaces biològiques, entre molts altres. L'interès en la tecnologia fotònica per al desenvolupament de sensors ve determinat per les múltiples avantatges que presenta, com ara la seua alta sensibilitat, el seu reduït tamany, la possibilitat de realitzar una detecció sense marcadors o el requeriment de volums de mostra molt reduïts per dur a terme l'anàlisi. Dins del camp dels sensors fotònics, l'ús de materials porosos per a la seua creació ha despertat un enorme interès en els últims anys. Això és degut al fet que la seua naturalesa porosa permet que les substàncies a detectar puguen penetrar dins de la pròpia estructura de sensat, fet que pot augmentar la sensibilitat encara més. A més, l'elevada relació superfície-volum que proporcionen aquests materials també permet disposar d'una major superfície sobre la qual immobilitzar els bioreceptors necessaris per a la detecció específica de les substàncies, de manera que siga possible detectar un major nombre de bioreconeixements. En aquest context, en aquest Treball Fi de Grau es planteja l'avaluació de la capacitat d'usar aquest tipus de sensors fotònics basats en capes poroses per a la detecció d'un analit d'interés en el camp de la salut alimentària, com és la gliadina, una de les principals proteïnes del gluten i que està relacionada amb la malaltia celíaca. En concret, es treballarà en l'ús de capes poroses d'òxid de titani creades per síntesi en el Centre de Tecnologia Nanofotònica de la UPV, les quals poden ser obtingudes mitjançant un procés senzill i de baix cost. Aquestes capes poroses seran modelades inicialment de forma teòrica per a determinar el seu comportament i la seua sensibilitat, per a posteriorment avaluar de forma experimental la possibilitat d'usar-les per a la detecció específica de gliadina en mostres sintètiques.

[EN] Photonic sensors are one of the most intriguing alternatives for the development of analytical devices with applications in various fields such as medical diagnosis, food safety, environmental monitoring, or the detection of biological threats, among many others. The interest in photonic technology for sensor development is driven by the numerous advantages it offers, such as high sensitivity, compact size, the possibility of marker-free detection, and the requirement for very small sample volumes to perform the analysis. Within the field of photonic sensors, the use of porous materials for their creation has garnered significant interest in recent years. This is due to the fact that their porous nature allows the substances to be detected to penetrate into the sensing structure itself, which can further enhance sensitivity. Additionally, the high surface-to-volume ratio provided by these materials also allows for a larger surface area to immobilize the necessary bioreceptors for specific substance detection, enabling the detection of a greater number of biomolecules. In this context, this Bachelor's thesis aims to assess the feasibility of using these porous-layer-based photonic sensors for the detection of an analyte of interest in the field of food safety, namely gliadin, one of the main proteins in gluten associated with celiac disease. Specifically, the research will focus on the use of porous layers of titanium oxide created through synthesis at the Nanophotonic Technology Center of UPV, which can be obtained through a straightforward and cost-effective process. These porous layers will be initially theoretically modeled to determine their behavior and sensitivity, followed by experimental evaluation to assess their potential for specific gliadin detection in synthetic samples.