Desarrollo de nanoestructuras plasmónicas para su implementación en sensores multianalito para la detección de infecciones respiratorias y contaminantes alimentarios

Abstract

[ES] El enfoque de este Trabajo Fin de Grado se desarrolla en el entorno del proyecto PHOTONGATE, coordinado por el Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la UPV. Lo que plantea el proyecto es el desarrollo y fabricación de un nuevo sistema multisensado adaptable basado en cartuchos fotónicos y una plataforma de lectura que permitirá detectar múltiples analitos de diferente naturaleza; virus, bacterias o agentes químicos perjudiciales, con el objetivo de proponer una alternativa más económica, rápida, sencilla, y con niveles de sensibilidad y selectividad iguales o superiores a los sistemas comerciales actuales, como son las PCR o los tests ELISA. En concreto, PHOTONGATE se centra en la detección de dianas diagnósticas que pueden causar infecciones respiratorias, como IVA, IVB, SARS-CoV y RSV, contaminantes químicos del pescado fresco como histamina y metilmercurio/MeHg o el patógeno virulento Listeria monocytogenes. Este proyecto consiste en el desarrollo experimental de las nanoestructuras LSPR integradas en el módulo de detección del sensor. La metodología ejecutiva de este trabajo se divide en tres fases; una primera etapa de diseño y optimización, en la que se realiza un estudio previo con el software CST Studio Suite para determinar la geometría de la estructura y los valores paramétricos que mejor resultados ofrecen al modelo. En una segunda etapa se procede a la fabricación de las estructuras mediante tecnología CMOS en la sala limpia del NTC. Finalmente, se realiza la caracterización de las estructuras fabricadas interrogándolas ópticamente utilizando el equipo de espectrometría FTIR con el fin de comparar los resultados teóricos con los obtenidos experimentalmente. Durante esta etapa de caracterización también se realiza un calibrado con glucosa mediante un ensayo microfluídico para demostrar la viabilidad de esta estructura fabricada como sensor.

[CA] L'enfocament d'aquest Treball Fi de Grau es desenvolupa en l'entorn del projecte PHOTONGATE, coordinat pel Centre de Tecnologia Nanofotònica (NTC) de la UPV. El que planteja el projecte és el desenvolupament i fabricació d'un nou sistema multisensat adaptable basat en cartutxos fotònics i una plataforma de lectura que permetrà detectar múltiples anàlits de diferent naturalesa; virus, bacteris o agents químics perjudicials, amb l'objectiu de proposar una alternativa més econòmica, ràpida, senzilla, i amb nivells de sensibilitat i selectivitat iguals o superiors als sistemes comercials actuals, com són les PCR o els tests ELISA. En concret, PHOTONGATE se centra en la detecció de dianes diagnòstiques que poden causar infeccions respiratòries, com IVA, IVB, SARS-CoV i RSV, contaminants químics del peix fresc com histamina i metilmercuri/MeHg o el patogen virulent Listeria monocytogenes. Este projecte consisteix en el desenvolupament experimental de les nanoestructures LSPR integrades en el mòdul de detecció del sensor. La metodologia executiva d' aquest treball es divideix en tres fases; una primera etapa de disseny i optimització, en la qual es realitza un estudi previ amb el programari CST Studio Suite per determinar la geometria de l'estructura i els valors paramètrics que millor resultats ofereixen al model. En una segona etapa es procedeix a la fabricació de les estructures mitjançant tecnologia CMOS a la sala neta del NTC. Finalment, es realitza la caracterització de les estructures fabricades interrogant-les òpticament utilitzant l' equip d' espectrometria FTIR per tal de comparar els resultats teòrics amb els obtinguts experimentalment. Durant aquesta etapa de caracterització també es realitza un calibratge amb glucosa mitjançant un assaig microfluídic per demostrar la viabilitat d' aquesta estructura fabricada com a sensor.

[EN] The focus of this Final Degree Project is developed within the framework of the PHOTONGATE project, coordinated by the Nanophotonic Technology Center (NTC) at UPV. The project aims to develop and manufacture a new adaptable multisensing system based on photonic cartridges and a reading platform that will enable the detection of multiple analytes of different natures; viruses, bacteria, or harmful chemical agents. The objective is to propose a more economical, faster, simpler alternative with sensitivity and selectivity levels equal to or higher than current commercial systems, such as PCR or ELISA tests. Specifically, PHOTONGATE focuses on the detection of diagnostic targets that can cause respiratory infections, such as IVA, IVB, SARS-CoV, and RSV, chemical contaminants in fresh fish like histamine and methylmercury/MeHg, or the virulent pathogen Listeria monocytogenes.

This project involves the experimental development of LSPR nanostructures integrated into the sensor's detection module. The executive methodology of this work is divided into three phases; a first stage of design and optimization, in which a preliminary study is conducted using CST Studio Suite software to determine the geometry of the structure and the parametric values that yield the best results for the model. In the second stage, the structures are fabricated using CMOS technology in the NTC's clean room. Finally, the characterization of the fabricated structures is carried out by optically interrogating them using FTIR spectrometry equipment to compare the theoretical results with those obtained experimentally. During this characterization stage, calibration with glucose is also performed through a microfluidic assay to demonstrate the viability of this fabricated structure as a sensor.