Sensores interferométricos Mach.Zehnder integrados basados en guías de ondas ARROW para aplicaciones biosensoras

Abstract

En esta tesis se ha desarrollado un sensor óptico integrado y una microcubeta de flujo, fabricados con tecnología microelectrónica de silicio, cuya principal aplicación será la detección de interacciones moleculares en el campo biomédico, en el control medioambiental o en procesos industriales. El sensor está formado con guías de onda y el principio de detección que emplea es el de campo evanescente. Las guías de onda que forman la estructura básica del sensor son las guías ARROW, estructuras que permiten tener comportamiento monomodo con tamaños de núcleo de dimensiones micrométricas y espesores de substrato inferiores al espesor del núcleo. Esto tiene una gran ventaja desde el punto de vista de fabricación y de integración de las estructuras con otros dispositivos, como por ejemplo, fibras ópticas monomodo. Para mejorar la sensibilidad de estas guías ha sido necesario modificar su estructura, incorporando en la superficie del núcleo una capa superpuesta delgada de alto índice de refracción. El diseño del sensor está basado en el interferómetro Mach-Zehnder (MZI) por su alta sensibilidad y adecuación para ser fabricado como un dispositivo integrado. Los sensores se han caracterizado como refractómetros, detectándose una mínima variación en el índice de refracción de Ano, min=2.10-5 (AN = 4.10-7). El límite de detección medido es un orden de magnitud superior al obtenido con otros sensores integrados (MZI-TIR) basados en la misma tecnología de fabriación y sólo difiere en un orden de magnitud de la mínima variación de índice detectada hasta el momento, que corresponde a un MZI-TIR no integrado. En cuanto a las aplicaciones biosensoras, se ha demostrado la utilidad de los sensores para la detección de la inmunorreacción entre la pareja antígeno/anticuerpo, HSA/alfa-HSA.