Diseño de transductores fotónicos usando materiales poliméricos y grafeno para aplicaciones de biosensado

Ferney Orlando Amaya Fernandez (Director), Jesús Alvarez Guerrero (Autor estudiante de doctorado)

Producción científica: Otra contribuciónFormación del recurso humanorevisión exhaustiva

Resumen

En este trabajo doctoral se presenta el diseño y análisis numérico de un biosensor fotónico basado en un interferómetro Mach Zehnder. El dispositivo tiene como base una guía de onda tipo de Strip de polímero SU-8 y dimensiones de 600 x 700 nm en la que se integró una estructura capacitiva conformada por 2 monocapas de grafeno con el fin de aprovechar la posibilidad de sintonización del nivel de Fermi y así reducir la absorción óptica del grafeno y el subsecuente aumento del campo evanescente en el área sensora del transductor. Este comportamiento se genera debido a la interacción inducida entre el modo óptico propagado en la guía de onda polimérica y el campo eléctrico generado en el mecanismo de grafeno. La optimización del campo evanescente presente en el área sensora se refleja en un aumento de la sensibilidad del transductor, debido a que se generan cambios más fuertes en el índice de refracción del recubrimiento de la guía de onda cuando ocurre un evento de biodetección, y por tanto una mayor variación en la variación de fase de la señal óptica a la salida del dispositivo. El desarrollo de esta investigación proporciona un marco de referencia a nivel teórico y matemático en el diseño de biosensores fotónicos de campo evanescente y en sí, del área de la fotónica integrada dado que a la fecha ha sido poco explorada en el país. De igual manera, se proporciona un algoritmo en el que se adaptan varios modelos matemáticos existentes para conformar un método analítico que permite agilizar el análisis de guías de onda con monocapas de grafeno comparado con métodos numéricos que requieren un alto costo computacional como el método de elementos finitos. La estructura diseñada presentó una sensibilidad volumétrica de 91.51𝑥103𝑟𝑎𝑑𝑅𝐼𝑈⁄ y un LoD de 4.37𝑥10−7𝑅𝐼𝑈 que de acuerdo con la literatura científica corresponden a niveles de ultra alta sensibilidad comparables a niveles de sensibilidad reportados por transductores fabricados en tecnología de Silicio. Estos resultados presentan el transductor polimérico diseñado como una alternativa importante para tener en cuenta para el desarrollo de biosensores Label-Free en aplicaciones Lab-on-a-Chip enfocadas en la detección temprana de enfermedades genéticas e infecciosas.
Idioma originalEspañol (Colombia)
TipoDirección Trabajo de Doctorado
Medios del resultadoDocumento escrito
Número de páginas104
EstadoPublicada - 16 ene. 2025

Palabras clave

  • Biosensores fotónicos
  • fotónica integrada
  • grafeno
  • interferómetro Mach Zehnder
  • transductores fotónicos

Tipos de Productos Minciencias

  • Dirección de Tesis de doctorado

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