Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos

Abstract

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) se usa como técnica alternativa de análisis químico, donde las aplicaciones dependen directamente de la sensibilidad del cristal. Por tanto, es el parámetro más importante que determina el uso de los cristales de cuarzo frente a otras técnicas. La ecuación de Sauerbrey, teóricamente relaciona la variación de la densidad de masa en la superficie del cristal con el cambio de la frecuencia y al mismo tiempo predice que la sensibilidad aumenta en la misma proporción que el cuadrado de la frecuencia fundamental de resonancia serie del cristal. Aumentar la frecuencia fundamental de trabajo para aumentar la sensibilidad, es una necesidad; el objetivo principal de esta tesis doctoral es estudiar los sistemas de caracterización de resonadores de cuarzo, que se usan en la actualidad y proponer un sistema o una mejora a los ya existentes que permitan el uso de cristales de cuarzo de alta frecuencia de fundamental (HFF-QCM). De los sistemas que en la actualidad caracterizan a la microbalanza de cuarzo, se destacan los analizadores de impedancia y los osciladores, como métodos de caracterización de HFF-QCM. Los analizadores, por su gran tamaño y coste, quedan relegados a su uso como instrumento de referencia en el laboratorio. Los osciladores en cambio, por su bajo coste, su capacidad de integración, su sencillez del circuito y la monitorización continua de frecuencia de oscilación, lo hacen adecuados como interfaz para sistemas sensores basados en QCM. En esta tesis, se propone un sistema oscilador, basado en un oscilador diferencial equilibrado, como sistema de caracterización de cristales a 10 MHz, estudiándose el comportamiento del circuito, la capacidad de este sistema para compensar la capacitancia paralela del cristal, las aplicación de este tipo de interfaz para la caracterización de líquidos y finalmente se desarrollo una aplicación como inmunosensores piezoeléctricos para la detección del pesticida Carbaryl.