Desarrollo de estructuras nanofotónicas de sensado de alta sensibilidad y mayor tolerancia a desviaciones de fabricación

Abstract

[ES] La nanotecnología es un campo que se encuentra actualmente en crecimiento constante. Una de sus aplicaciones, en el ámbito de la medicina, es el desarrollo de biosensores. Dentro de esta variedad de dispositivos, están cobrando especial importancia los de tipo nanofotónico gracias a sus prometedores resultados. Estos, a través del diseño de estructuras (normalmente dieléctricas) y del estudio de la variación de las propiedades de la luz cuando interactúa con el medio externo, permiten la detección de analitos, como proteínas o ADN, con un elevado nivel de sensibilidad que permitirá detectar una mínima cantidad de muestra. Sin embargo, una sensibilidad muy elevada puede significar también un problema, ya que podrá provocar que dichas estructuras sean también muy poco tolerantes a pequeños errores dimensionales durante su fabricación. Estas pequeñas desviaciones es algo muy común debido a las dimensiones a escala nanométrica que presentan las estructuras. Con la finalidad de encontrar estructuras de sensado que desvinculen en la medida de los posible estos dos parámetros, en este Trabajo Fin de Grado se desarrolla un sistema automatizado que permita obtener las configuraciones óptimas de las estructuras en términos de sensibilidad-tolerancia, haciendo uso del cálculo de las propiedades de éstas en función de sus dimensiones. Los resultados obtenidos han demostrado el correcto funcionamiento del sistema desarrollado, permitiendo determinar los intervalos de dimensiones óptimos en los que dicha relación se cumple.

[EN] Nanotechnology is a field that is currently growing steadily. One of its applications, in the field of medicine, is the development of biosensors. Within this variety of devices, the nanophotonic type is gaining special importance thanks to their promising results. These, through the design of structures (usually dielectric) and the study of the variation of the properties of light when interacting with the external environment, allow the detection of analytes, such as proteins or DNA, with a high level of sensitivity that will allow detect a minimum amount of sample. However, a very high sensitivity may also mean a problem, since it may cause such structures to be also very little tolerant of small dimensional errors during their manufacture. These small deviations are very common due to the nanometric scale dimensions of the structures. To find structures of sensibility that separate as far as possible these two parameters, in this End-of-Grade Work an automated system is developed that allows to obtain the optimal configurations of the structures in terms of sensitivity-tolerance, making use of the calculation of the properties of these according to their dimensions. The obtained results have demonstrated the correct operation of the developed system, allowing to determine the intervals of optimal dimensions in which this relation is fulfilled.

[CAT/VA] La nanotecnologia és un camp que es troba actualment en creixement constant. Una de les seues aplicacions, en l'àmbit de la medicina, és el desenvolupament de biosensors. Dins d'aquesta varietat de dispositius, estan cobrant especial importància els de tipus nanofotònic gràcies als seus prometedors resultats. Aquests, a través del disseny d'estructures (normalment dielèctriques) i de l'estudi de la variació de les propietats de la llum quan interactua amb el medi extern, permeten la detecció d'analits, com proteïnes o ADN, amb un elevat nivell de sensibilitat que permetrà detectar una mínima quantitat de mostra. No obstant això, una sensibilitat molt elevada pot significar també un problema, ja que podrà provocar que aquestes estructures siguen també molt poc tolerants a xicotets errors dimensionals durant la seua fabricació. Aquestes xicotetes desviacions és una cosa molt comú a causa de les dimensions a escala nanomètrica que presenten les estructures. Amb la finalitat de trobar estructures de sensat que desvinculen en la mesura dels possible aquests dos paràmetres, en aquest Treball Fi de Grau es desenvolupa un sistema automatitzat que permeta obtenir les configuracions òptimes de les estructures en termes de sensibilitat-tolerància, fent ús del càlcul de les propietats d'aquestes en funció de les seues dimensions. Els resultats obtinguts han demostrat el correcte funcionament del sistema desenvolupat, permetent determinar els intervals de dimensions òptims en què aquesta relació es compleix.