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

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.Montagut Ferizzola, YJ. (2011). Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9688Palanci

Sistema para la compensación de temperatura en biosensores piezoeléctricos (estudio de simulación)

106 páginasLos biosensores piezoeléctricos, son usados cada vez más en aplicaciones biomédicas o aplicaciones agroalimentarias. La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) actúa como transductor de estos biosensores; en la actualidad está técnica ha tomado gran auge debido al desarrollo de QCM de alta sensibilidad. En los últimos tiempos se han caracterizado de diversas formas los biosensores piezoeléctricos buscando aumentar la sensibilidad del mismo y el límite de detección; pero estos nuevos modelos no han tenido en cuenta la necesidad de compensar el ruido generado por los cambios de temperatura ambiente y el efecto de este sobre los resultados del biosensor. Por lo tanto, deben recurrir a sistemas de termostatización, los cuales tienen un elevado costo, gran volumen y peso. Con la realización de este trabajo de grado se propone una técnica con la cual se compensan los efectos de la temperatura, por medio de un circuito electrónico; el funcionamiento del circuito propuesto ha sido comprobado mediante simulación numérica. Con este nuevo modelo planteado se prescinde del uso de sistemas de termostatización. Por lo tanto, se genera disminución de costos y aumento de la portabilidad de los sistemas de sensores piezoeléctricos.PregradoIngeniero(a) Biomédico(a

Integración de la formación teórica y experimental en el área de la Electrónica mediante el desarrollo de una plataforma de demostración del comportamiento real de los circuitos desarrollados en la docencia teórica

Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y ElectrónicaFac. de Ciencias FísicasFALSEsubmitte

Implementación de un nuevo método de caracterización de biosensores basados en balanza de cristal de cuarzo (QCM) mediante instrumentos virtuales multipropósito

[Resumen] El presente trabajo de investigación muestra un nuevo enfoque para la caracterización de dispositivos QCM (Quartz Crystal Microbalance – Microbalanzas de cristal de cuarzo). El método se basa en los principios fundamentales de componentes pasivos y el propio comportamiento del componente QCM. Con la propuesta, se obtienen los parámetros del circuito equivalente QCM basado en el modelo BVD (Butterworth-Van Dyke). Los resultados obtenidos con esta nueva técnica son validados con equipos comerciales específicos empleados habitualmente para este fin; los resultados alcanzados son muy satisfactorios. Las ventajas más importantes que ofrece el método propuesto son su intuitividad y la posibilidad de obtener el modelo del QCM con equipamiento electrónico básico, por lo general, presente en cualquier laboratorio de electrónica. Esto es posible, en gran medida, gracias a la implementación de la propuesta mediante instrumentos virtuales.[Resumo] O presente traballo de investigación mostra un novo enfoque para a caracterización de dispositivos QCM (Quartz Crystal Microbalance - Microbalanzas de cristal de cuarzo). O método baséase nos principios fundamentais de compoñentes pasivos e o propio comportamento do compoñente QCM. Coa proposta, obtéñense os parámetros do circuíto equivalente QCM baseado no modelo BVD (Butterworth-Van Dyke). Os resultados obtidos con esta nova técnica son validados con equipos comerciais específicos empregados habitualmente para este fin; os resultados alcanzados son moi satisfactorios. As vantaxes máis importantes que ofrece o método proposto son a sua intuitividade e a posibilidade de obter o modelo do QCM con equipamiento electrónico básico, polo xeral, presente en calquera laboratorio de electrónica. Isto e posible, en grande medida, gracias á implementación da proposta mediante instrumentos virtuais.[Abstract] The present research work shows a novel approach for the QCM (Quartz Crystal Microbalance) characterization. The method is based on fundamental principles of passive components and the own behavior of the QCM component. With the proposal, the QCM equivalent circuit parameters based on BVD (Butterworth-Van Dyke) model is obtained. The results achieved with this new technique are compared with specific commercial equipment usually employed for this purpose with very satisfactory results. The best advantages of the proposed method are its intuitivity and the possibility to obtain it with basic electronic equipment, usually, present in any electronic laboratory. This fact is possible, due to, its implementation through virtual instruments

Recubrimientos controlados de estructuras metalorgánicas porosas para su aplicación en sensores y membranas de nanofiltración

Los materiales metalorgánicos porosos (MOF) son materiales híbridos inorgánico-orgánicos cristalinos compuestos por clústeres metálicos unidos por ligandos orgánicos. Sus características excepcionales (superficie específica, flexibilidad, estructuras abiertas y porosas, su capacidad de tamizado molecular y de funcionalización) han permitido que sean utilizados y estudiados para una amplia gama de aplicaciones. Su aplicación en forma de película delgada, objetivo principal de esta tesis, en los últimos años se está convirtiendo en un campo de rápida evolución. En esta tesis doctoral se sintetizan estos materiales, los ZIF específicamente (con topologías zeolíticas) para la preparación de recubrimientos y membranas.Otros materiales también utilizados en esta tesis son los CNT (carbon nanotubes, nanotubos de carbono). Son partículas cilíndricas constituidas, por una o más láminas de átomos de carbono enrolladas sobre sí mismas, con dimensiones generalmente nanométricas. Su geometría hace que presenten propiedades sorprendentes a nivel microscópico, con extraordinarias propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas. La estructura porosa y, en general, las características superficiales de estos materiales, los han convertido en uno de los materiales potenciales más prometedores para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería en los últimos años. La especial morfología de los nanotubos de carbono hace pensar en la posibilidad de preparar nuevos materiales con propiedades mejoradas, ya sea únicamente a partir de nanotubos con diferentes características u ordenación, o bien combinándolos con otros materiales para formar materiales compuestos. Es así, que en esta tesis dichos materiales se combinan con los ZIF ya mencionados (ZIF-8/CNT) con el fin de obtener un efecto favorable en el rendimiento de las membranas.La naturaleza porosa y demás propiedades estructurales de los ZIF permiten su aplicación como sensores. Los sensores, son sistemas que perciben una señal o energía de entrada y la convierten en una señal o energía de salida por una acción externa, como temperatura, presión, etc. Muchos esquemas de transducción de señales requieren una interfaz física entre el ZIF y un dispositivo. Esto generalmente implica fabricar el MOF como una película delgada sobre una superficie. Específicamente, la microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) detecta analitos a pequeños cambios en la frecuencia de una vibración resonante que se propaga perpendicular a la superficie de un cristal de cuarzo. En esta tesis, se detalla esta aplicación, obteniéndose recubrimientos homogéneos con tamaños de cristales de 65 ± 20, 285 ± 96, 61 ± 20 y 72 ± 21 nm para ZIF-8, ZIF-67, ZIF-7 y ZIF-93, respectivamente, sobre vidrios para luego extrapolar los procedimientos a los QCM, previamente funcionalizados. Diferentes técnicas de caracterización tales, como: XRD, ángulo de contacto, FTIR, SEM, etc. demostraron la efectividad de la formación de las películas, que posteriormente formaron parte de sensores másicos QCM para determinar las propiedades de adsorción de los ZIF en estudio. Cabe destacar que los recubrimientos de ZIFs se expusieron a vapores de diclorometano para su activación Esto permitió la consecución de isotermas de adsorción de CO2 del mismo tipo que las obtenidas con polvos activados a 200 °C pero dando lugar a capacidades de adsorción algo menores, dependiendo de la naturaleza y tamaño de poro de los ZIF. Así, el ZIF-8 y ZIF-67 presentaron valores similares a los de sus respectivos polvos; sin embargo, las diferencias fueron mayores al 20% para ZIF-7 y ZIF-93.La tecnología de membranas se ha destacado como una de las técnicas de separación más eficientes, desde el punto de vista económico, ingenieril y medioambiental, cuando se la compara con otros procesos de separación como la destilación criogénica, la absorción con aminas o la adsorción química o por cambio de presión o temperatura. Uno de los campos de aplicación de la separación por membranas, estudia la nanofiltración, que ha adquirido una gran importancia para la separación de disoluciones acuosas y de compuestos dispersos en disolventes orgánicos (OSN, organic solvent nanofiltration). Dentro de estas, las membranas de nanocompuestos de película delgada (TFN, thin film nanocomposite) preparadas por una polimerización interfacial (IP) donde se añaden los MOF, mejoran notablemente las características de la capa polimerizada interfacialmente ofreciendo un buen rendimiento, aumentando la permeación, sin perjudicar el rechazo de la membrana thin film composite (TFC). Un enfoque típico para la preparación de una película delgada de MOF implica elegir primero un MOF existente de interés y encontrar un método para procesarlo en forma de película sobre un sustrato dado. El procedimiento de deposición de la película puede ser más o menos específico para el MOF en cuestión, siendo este un campo en continuo desarrollo, publicándose un número considerable de contribuciones importantes como: crecimiento in situ, crecimiento de semilla, síntesis interfacial, contra-difusión, autoensamblaje, dip-coating, layer by layer, liquid phase epitaxy (LPE), entre otros. En este contexto, la técnica dip-coating es la aplicada en esta tesis para la fabricación de membranas de película delgada (TFN) para nanofiltración, con recubrimiento previo de ZIF-8 y ZIF-67 sintetizandos de forma rápida en una solución sal-ligando diluido en metanol a temperatura ambiente, buscando tamaños pequeños así: 70±10 nm y 240± 40 nm, respectivamente, que son depositados sobre el polímero; en concreto, se forma una monocapa de ZIF sobre la superficie de un soporte poroso y asimétrico de PI (poliimida). Esto permite mantener controlado el espesor de la capa selectiva de PA (poliamida), evitando así las aglomeraciones, que podrían dar lugar a la creación de defectos. La membrana obtenida se aplicó a la nanofiltración de disoluciones del colorante SY (sunset yellow) en metanol. Este método permitió un control de la distribución de MOF sobre el soporte, resultando ser muy simple, corto y respetuoso con el medio ambiente, ya que no se pierde MOF en exceso durante la polimerización interfacial. En comparación con otros métodos, los resultados de OSN fueron prometedores: rechazo de colorante de 90% junto con una alta permeabilidad de metanol de 8,7 L. m-2. h -1bar-1. Además, si se compara con las membranas TFC, el PA / ZIF-8_1L muestra un aumento del 150% en la permeabilidad, mayor que los logrados con otros métodos con metanol. La aplicación para separaciones gaseosas en esta tesis, se prueban en membranas prensadas y MMM. Las membranas MMM consisten en dispersar materiales inorgánicos nanoestructurados porosos (aunque, si bien no es lo corriente, también pueden ser no porosos) en una fase polimérica continua. Los materiales de relleno empleados son los MOF, cuya porosidad los hace atractivos para aplicaciones de almacenamiento de gas, donde la densidad gaseosa dentro de la estructura puede incrementarse en relación con el seno del gas debido a las interacciones entre la estructura porosa y las moléculas huésped. Hay dos regímenes energéticos primarios de interacción gas-estructura metalorgánica: quimisorción, donde la captación del gas depende de una transformación química (por ejemplo, formación de enlace) y fisisorción, donde la molécula huésped interactúa con el campo eléctrico producido por la estructura porosa. En contexto, la aplicación abordada se limitó a un estudio preliminar de la influencia del campo eléctrico en la permeación de gases individuales de membranas prensadas compuestas de CNT y ZIF-8 y MMM. Las MMM de polisulfona comercial (PSF) Udel®, Pebax® 1657 y Matrimid® 5218 con alta carga de ZIF-8, fueron probados primero sin campo eléctrico en el módulo metálico. Los resultados obtenidos mostraron mayores permeabilidades en CO2 que las correspondientes membranas de polímero puro, y con selectividades similares, llegando hasta una selectividad mayor para la membrana Pebax® 1657/ZIF-8. Esta última, se probó con campo eléctrico. Estas membranas mostraron una buena compatibilidad entre las cadenas poliméricas y las partículas del ZIF. Las membranas prensadas CNT/ZIF-8 con aplicación de campo eléctrico muestra valores mayores de permeabilidad para CO2 respecto a CH4. Las selectividades resultantes fueron bajas para todas las membranas, esto ocurrió posiblemente debido a ajustes propios del módulo eléctrico al momento de la medición del gas. Sin embargo, cabe destacar que hubo un incremento de selectividad (8,33%) en la membrana CNT/ZIF-8 para CO2/N2 y (8,5 %), (6,01 %) y (2,6 %) para CO2/N2, CO2 /CH4 y CH4/N2 respectivamente. <br /

Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos

[EN] In the present doctoral thesis electronic systems of measurement have been developed. As element sensor, they include multiple electrodes of nature electrochemical. Each of the electrodes possesses a not specific sensibility to some of the parameters or chemical compounds of the sample to analyzing. The set of electrodes contribute a series of signs that are analyzed of joint form, this way conclusions of interest are obtained, normally the discrimination of complex samples or the quantification of some of their components. This type of measurement systems is denominated electronic tongues. The systems of measurement developed use sensors of type potentiometric and are constructed by pastes of thick film technology, and also by simple metallic electrodes in pure state. With this method, devices with characteristics of construction simplicity, mechanical robustness, easy handling and low cost are obtained. With the data obtained pattern recognition techniques are applied, such as, Principal Components Analysis (PCA), artificial neuronal networks, predictive techniques (PLS), etc. Several types of applications are developed, first with samples of strong ionic character as they are the natural waters. This way, an analysis of several types of packaged and urban provision waters is made, reaching a good discrimination of the samples by means of analysis PCA. By means of techniques PLS (Partial Least Square) the concentration of present ions in those waters is predicted. The experiences with acuosus dissolutions continue with artificial dissolutions to obtain the discrimination according to the type of anion or cation, concluding that is easier the discrimination of dissolutions with different anion that with different cation, as much in pure as in complex dissolutions. The experiences continue with liquid samples but of more complex nature as it is the wine. This type of samples facilitates to be analyzed by systems of electronic tongue because they are formed by a great amount of components, some in elevated proportion as it is the water and the alcohol, but others in small proportion and that are those that provide the organoleptic characteristics of the wine. The experiences are made first on artificial samples with some chemical characteristics similar to the wine and later with real wines of different type and tonality. A good discrimination of the different samples are obtained. But the most remarkable newness of the analyses with wine is the development of a system of detection of volatile by means of potentiometric sensors, from this form, a system of humid electronic nose is obtained.[ES] En la presente tesis doctoral se desarrollan sistemas electrónicos de medida que tienen como elemento sensor múltiples electrodos de naturaleza electroquímica. Cada uno de los electrodos posee una sensibilidad no específica ante algunos de los parámetros o compuestos químicos de las muestras a analizar. El conjunto de electrodos aportan una serie de señales que se analizan de forma conjunta, para así obtener conclusiones de interés, normalmente en la discriminación de muestras complejas o la cuantificación de algunos de sus componentes. A este tipo de sistemas de medida se le denominan lenguas electrónicas. Los sistemas de medida desarrollados utilizan sensores de tipo potenciométrico y están construidos con pastas de la tecnología de capa gruesa (Thick-Film), y también por electrodos metálicos simples en estado puro. Con este método se consiguen dispositivos con características de sencillez de construcción, robustez mecánica, fácil manejo y bajo costo. Con las señales obtenidas se aplican técnicas de reconocimiento de patrones, como son el Análisis de Componentes Principales (PCA), redes neuronales artificiales, técnicas predictivas como PLS, etc. Se desarrollan varios tipos de aplicaciones, la primera con muestras de fuerte carácter iónico como son las aguas naturales. De esta forma, se realiza un análisis de varios tipos de aguas envasadas y de suministro urbano, alcanzando una buena discriminación de las muestras por medio de análisis PCA. Por medio de técnicas PLS (Partial Least Square) se predice la concentración de los iones presentes en esas aguas. Las experiencias con disoluciones acuosas continúan con disoluciones artificiales para lograr la discriminación de dichas disoluciones según el tipo de anión o de catión, concluyendo que es más fácil la discriminación de las disoluciones con distintos anión que con distinto catión, tanto en disoluciones puras como en compuestas. Las experiencias siguen con muestras líquidas pero de naturaleza más compleja como es el vino. Este tipo de muestras facilita ser analizadas por sistemas de lenguas electrónicas porque están formados por una gran cantidad de componentes, algunos en proporción elevada como es el agua y el alcohol, pero otros en pequeña proporción que son los que proporcionan las características organolépticas del vino. Las experiencias se realizan primero sobre muestras artificiales con algunas características químicas similares al vino y posteriormente con vinos reales de distinto tipo y tonalidad, consiguen una buena discriminación de las diferentes muestras. Pero la novedad más destacable de los análisis con vino es el desarrollo de un sistema de detección de volátiles por medio de sensores potenciométricos, de esta forma se obtiene un sistema de nariz electrónica húmeda. En el tercer tipo de experiencias se utilizan muestras de alimentos sólidos pero con gran proporción de agua, como son la carne y el pescado. En el caso del pescado, se realiza múltiples experiencias con varios tipos de electrodos metálicos y se comprueba que los que ofrecen un mejor resultado son los electrodos de oro y de plata, en ambos casos con un comportamiento bastante repetitivo. Aprovechando estos fenómenos se realizan una serie de análisis con redes neuronales para al final obtener un sistema que ofrece un análisis cualitativo que permite determinar la conservación del pescado en tres posibles estados: Apto, Dudoso y no Apto. Este análisis se acompaña con experiencias de bioquímicas y microbianas para así correlacionar con las medidas potenciométricas. El último tipo de experiencias es el análisis de lomo de cerdo. Por un lado, también se realizan experiencias para determinar si un sistema multielectrodo formado por múltiples metales es capaz de detectar el deterioro de la carne con el paso del tiempo. Un segundo tipo de análisis consiste en lograr una discriminación de diversas piezas d e lomo curado de cerdo. Estas piezas se diferencian entre si por la distinta composición de sales, tanto de NaCl que es el más habitual en el consumo, como KCl, y CaCl2. Por lo tanto, el desarrollo de los sistemas de lengua y nariz electrónica que se presente en esta memoria puede mejorar el control de calidad de las muestras analizadas, con buenas perspectivas de aplicación en múltiples campos económicos, sobretodo en la industria alimentaria.[CA] En la present tesi doctoral es desenvolupen sistemes electrònics de mesura que tenen com element sensor múltiples elèctrodes de naturalesa electroquímica. Cadascun dels elèctrodes posseïx una sensibilitat no específica davant alguns dels paràmetres o compostos químics de la mostra a analitzar. El conjunt d'elèctrodes aporten una sèrie de senyals que s'analitzen de forma conjunta, per a així obtenir conclusions d'interès, normalment en la discriminació de mostres complexes o la quantificació d'alguns dels seus components. A aquest tipus de sistemes de mesura se li denominen llengües electròniques. Els sistemes de mesura desenvolupats utilitzen sensors de tipus potenciomètric i estan construïts amb pastes de la tecnologia de capa gruixuda (Thick-Fim), i també per elèctrodes metàl·lics simples en estat pur. Amb aquest mètode s'assoleixen dispositius amb característiques de senzillesa de construcció, robustesa mecànica, fàcil maneig i reduït cost. Amb els senyals obtinguts s'apliquen tècniques de reconeixement de patrons, com són l'Anàlisi de Components Principals (PCA), xarxes neuronals artificials, tècniques predictives com PLS, etc. Es desenvolupen diversos tipus d'aplicacions, la primera amb mostres de fort caràcter iònic com són les aigües naturals. D'aquesta forma, es realitza una anàlisi de diversos tipus d'aigües envasades i de subministrament urbà, arribant a una bona discriminació de les mostres per mitjà d'anàlisi PCA. Amb tècniques PLS (Partial Least Square) es prediu la concentració dels ions presents en aquestes aigües. Les experiències amb dissolucions aquoses continuan amb dissolucions artificials per a assolir la discriminació d'aquestes dissolucions segons el tipus d'anió o de catió, concloent que és més fàcil la discriminació de les dissolucions amb diferents anió que amb diferent catió, tant en dissolucions pures com en compostes. Les experiències segueixen amb mostres líquides però de naturalesa més complexa com és el vi. Aquest tipus de mostres es presta a ser analitzades per sistemes de llengües electròniques perquè estan formats per una gran quantitat de components, alguns en proporció elevada com és l'aigua i l'alcohol, però altres en petita proporció que són els quals proporcionen les característiques organolépticas del vi. Les experiències es realitzen primer sobre mostres artificials amb algunes característiques químiques similars al vi i posteriorment amb vins reals de diferent tipus i tonalitat, aconsegueixen una bona discriminació de les diferents postres. Però la novetat més destacable de les anàlisis amb vi és el desenvolupament d'un sistema de detecció de volàtils per mitjà de sensors potenciomètrics, d'aquesta forma s'obté un sistema de nas electrònic humida. En el tercer tipus d'experiències s'utilitzen mostres d'aliments sòlids però amb gran proporció d'aigua, com són la carn i el peix. En el cas del peix es realitza múltiples experiències amb diversos tipus d'elèctrodes metàl·lics i es comprova que els quals oferixen un millor resultats són els elèctrodes d'or i de plata. En ambdós casos tenien un comportament bastant repetitiu. Aprofitant aquests fenòmens es realitzen una sèrie d'anàlisi amb xarxes neuronals per al final obtenir un sistema que oferix una anàlisi qualitativa que permet determinar la conservació del peix en tres possibles estats: Apte, Dubtós i no Apte. Aquesta anàlisi s'acompanya amb experiències de bioquímicques i microbianes per a així correlacionar amb les mesures potenciomètrics. L'últim tipus d'experiències és l'anàlisi de llom de porc. D'una banda, també es realitzen experiències per a determinar si un sistema multielèctrode format per múltiples metalls és capaç de detectar la deterioració de la carn amb el pas del temps. Un segon tipus d'anàlisi consisteix a assolir una discriminació de diverses peces de llom guarit de porc. Aquestes peces es diferencien entre si per la diferent composició de sals, tant de NaCl que és el més habitual en el consum, com KCl, i CaCl2. Per tant, el desenvolupament dels sistemes de llengua i nas electrònic que es presenti en aquesta memòria pot millorar el control de qualitat de les mostres analitzades, amb bones perspectives d'aplicació en múltiples camps econòmics, fonamentalment a la indústria alimentària.Gil Sánchez, L. (2007). Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135954Premios Extraordinarios de tesis doctorale

Desarrollo de un biosensor fotónico de alta sensibilidad basado en interferómetros Mach-Zehnder integrados en tecnología microelectrónica de silicio

Tesis Doctoral inédita de la Universidad Autónoma de Madrid. Facultad de Ciencias, Departamento de Física de Materiales. Fecha de lectura: 09-05-200

Sistema de compensación de temperatura para sensores piezoeléctricos basados en la microbalanza de cristal de cuarzo de alta frecuencia

72 páginasRESUMEN: La microbalanza de cristal de cuarzo es uno de los transductores más útiles para el desarrollo de biosensores debido a su facilidad de uso, el bajo precio que tienen comparado con otros transductores de onda acústica y su alta sensibilidad. Sin embargo, esta última característica a pesar de expandir el rango de aplicaciones y casos de uso de las QCM, también se convierte en uno de los mayores retos al momento de su implementación debido a la susceptibilidad con la que se presentan alteraciones en su señal como respuesta a cambios en variables externas como la temperatura. Con el fin de abordar esta problemática se propone revertir los efectos que causan las alteraciones de temperatura sobre la señal de fase de un sensor piezoeléctrico a través de un sistema de compensación. Para ello, se parte de un sistema de compensación propuesto para cristales de cuarzo de baja frecuencia (10 MHz), el cual es sintonizado, comprobado y finalmente adaptado para su uso con QCM de alta frecuencia (100 MHz). A lo largo del desarrollo de este trabajo, los resultados son sustentados con base en las comparaciones realizadas entre estos y diferentes simulaciones desarrolladas en lenguaje de programación Python. Además, se presenta el diseño de celdas de prueba para cristales de cuarzo de alta frecuencia simuladas en el software Inventor Professional. Se espera que en un futuro pueda comprobarse a nivel de laboratorio el funcionamiento del sistema presentado para QCM de alta frecuencia.ABSTRACT: The quartz crystal microbalance is one of the most useful transducers for the development of biosensors due to its ease of use, the low price compared to other acoustic wave transducers and its high sensitivity. However, this last feature, despite expanding the range of applications and use cases of QCMs, also becomes one of the greatest challenges at the time of its implementation due to the susceptibility with which alterations in its signal occur as response to changes in external variables such as temperature. In order to tackle this problem, it is proposed to reverse the effects caused by temperature alterations on the phase signal of a piezoelectric sensor through a compensation system. To do this, we start from a proposed compensation system for low-frequency quartz crystals (10 MHz), which is tuned, tested and finally adapted for use with high-frequency QCM (100 MHz). Throughout the development of this work, the results are supported based on the comparisons made between these and different simulations developed in the Python programming language. In addition, test cell design for simulated high-frequency quartz crystals is presented in Inventor Professional software. It is expected that in the future the operation of the system presented for high frequency QCM can be verified at the laboratory level.PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a

Monocapas autoensambladas de alcanotioles y α, ω-alcanoditioles sobre oro: adsorción no específica de moléculas bioactivas, biomoléculas y vesículas

La ciencia bioinspirada permite el desarrollo de sistemas modelo tanto para estudios fundamentales como para aplicaciones tecnológicas. En este trabajo de Tesis se estudian las interacciones entre monocapas autoensambladas de alcanotioles sobre sustratos ordenados y altamente desordenados de Au y moléculas bioactivas, biomoléculas y vesículas para el desarrollo de sistemas biomiméticos. Este trabajo se organiza en 7 capítulos. El Capítulo 1 brinda una breve introducción de los conceptos clave empleados y los objetivos a seguir. El Capítulo 2 ofrece una descripción de las técnicas empleadas así como los detalles de operación. En los Capítulo 3-6 se presentan los resultados acerca del autoensamblado de alcanotioles y α,ω-alcanoditioles sobre oro (Cap. 3), la inmovilización de azul de metileno (MB) y Flavina-Adenina Dinucleótido (FAD) sobre monocapas autoensambladas de tioles (Cap. 4), la formación de bicapas de fosfolípidos sobre monocapas autoensambladas de ditiotreitol (DTT) (Cap. 5) y la formación de bicapas híbridas fosfolípido/tiol (Cap. 6). Finalmente, en el Capítulo 7 se presentan las conclusiones generales y en el Apéndice se adjuntan los trabajos publicados.Facultad de Ciencias Exacta