Biosensores integrados basados en estructuras plasmónicas activas

Abstract

En el presente proyecto se propone el diseño de un novedoso biosensor utilizando estructuras plasmónicas activas basadas en el fenómeno de plasmón polaritón de superficie de largo alcance (PPSLA). El diseño se llevaría a cabo de manera numérica utilizando ”Comsol MultiphysicsCR”, buscando parametrizar las dimensiones de la estructura diseñada y analizar los efectos de propagación de una onda electromagnética inducida al dispositivo. Además, el presente trabajo de tesis abarca la investigación sobre la interacción de la luz como onda electromagnética en el dispositivo, las variedades de biosensores existentes y las ventajas de los dispositivos estudiados sobre el resto de tecnologías de biosensado. Primeramente, se evaluará una estructura de interfaz simétrica que es llamada de esta manera porque consta de tres superficies acopladas de modo que parecen un sándwich. La capa inferior se encuentra compuesta de un polímero denominado CYTOP que posee propiedades ópticas importantes, por ejemplo, su índice de refracción (n) es igual a 1.34 [1], este valor es cercano al índice de refracción de algunas muestras de material biológico investigados de la literatura. La superficie o capa de en medio consta de una delgada película de oro que permite que una onda electromagnética excitada por un medio externo se propague a través de la estructura. La tercera superficie, que está ubicada en la parte superior, se compone de material biológico. El modo de funcionamiento de este sensor se realiza de dos modos que son; el sensado con base en la atenuación que se presenta en la onda electromagnética de modo plasmón y el sensado con base en el cambio en la fase de la onda electromagnética introducida por el medio externo y la onda electromagnética del modo plasmón [2]. Para ambos modos de detección es muy importante la diferencia en los índices de refracción de las superficies inferior y superior, puesto que la sensibilidad de esta estructura puede detectar minúsculos cambios de aproximadamente 1X10−5 unidades en el índice de refracción de la superficie superior, de ahí la importancia del polímero elegido. Al finalizar con la primera parte, se probará el diseño de una estructura de interferómetro Mach-Zehnder, donde esta nueva estructura se conforma de una superficie inferior de CYTOP una guía de onda compuesta por el polímero SU-8. Esta guía óptica se bifurca y se vuelve a unir a una distancia LF . Esta vez todo el dispositivo está cubierto de CYTOP, a excepción de una pequeña hendidura, llamada ventana de detección, situada en uno de los brazos de la bifurcación, donde nuestra guía de onda metálica está colocada. En esta hendidura, a veces es llamada canal de micro-fluidos [2], se deposita el material biológico para sensar. Una vez que se hayan digitalizado los diseños, se compararán con estructuras similares encontradas en la literatura, como referencia para poder iniciar así un proceso de caracterización y discernir si los parámetros elegidos son verdaderamente óptimos.