Estudo compreensivo dos sensores de interferometria multimodal e suas aplicações em biossensoriamento óptico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Isayama, Yuri Hayashi, 1989-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3293
Resumo: Orientador: Hugo Enrique Hernández-Figueroa
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Em vista da recente pandemia causada pelo SARS-CoV-2 (COVID-19), ficou clara a necessidade de testagem ágil e em larga escala, colocando em foco ainda mais as tecnologias em biossensoriamento. Dentre os variados tipos de biossensores disponíveis, existe uma classe de biossensores ópticos que operam com o princípio de interferometria multimodal, a qual tem se mostrado uma tecnologia capaz de prover dispositivos com elevada sensibilidade, alta capacidade de compactação e integração e possibilidade de produção em larga escala. Apesar dos vários avanços observados para esta classe de biossensores ao longo da última década, notou-se uma significativa ausência de estudos teóricos mais aprofundados investigando este tipo de dispositivo. Apesar da estrutura e da teoria de interferômetros multimodais serem antigas e bastante entendidas, a sua aplicação na função de sensoriamento é relativamente recente. Com o intuito de ampliar o conhecimento e estabelecer uma base mais sólida a respeito de como realizar o projeto dos sensores de interferometria multimodal, este trabalho se concentrou em investigar cuidadosamente o funcionamento do interferômetro e como seus parâmetros construtivos afetam características importantes do dispositivo sensor. A partir deste entendimento, o objetivo é conseguir melhorar a qualidade dos projetos destes biossensores, explorando seus pontos fortes e tentando mitigar as suas limitações e pontos fracos. Como resultado deste estudo, foram propostos dois novos sensores de interferometria multimodal: um sensor de alta ordem (quarta), operando com modos Transversais Elétricos, e um sensor de operação mista, com modos Transversal Elétrico e Magnético simultaneamente. Graças ao estudo teórico desenvolvido, foi possível explorar o real potencial desta estrutura enquanto sensor, sendo que os dispositivos propostos atingiram limites de detecção teóricos variando entre 7.87·10^?8 Refractive Index Unit (RIU) e 1.9·10^?7 RIU, os menores valores já reportados na literatura para esta classe de biossensores. Novas estruturas de excitação e novas estratégias de detecção foram também apresentadas para alimentar eficaz e eficientemente estes sensores, sendo que tais estruturas podem ter aplicações possíveis, inclusive, em áreas distintas do sensoriamentoAbstract: The demand in the last decades for biosensors has been increasing in several areas, such as food, health, agricultural, environmental and pharmaceutical. In special, in the health area, the efforts to produce testing and diagnostics systems outside the laboratory environmet, known as Point-Of-Care, in order to support and improve diagnostic medicine have been very intense. In view of the recent pandemic caused by the SARS-CoV-2 (COVID-19), it has become clear the need for swift and large scale testing, putting biosensing technologies even more in focus. Between the several types of available biosensors, there is a class of optical biosensors that operate with the principle of multimode interference, which has shown to be a technology capable of providing devices with enhanced sensitivity, high capacity for integration and the possibility of large scale production. Despite the large advance observed for this class of biosensors throughout the last decade, it has been noted a significant absence of more profound theoretical studies investigating this type of device. Even though the structure and the theory regarding multimode interferometers are old and well understood, its application as sensing devices is relatively recent. In order to extend the current knowledge and establish a more solid base regarding how to design multimode interference sensors, this work has focused on carefully investigating the behavior of the interferometer and how its constructive parameters affect important characteristics of the sensing device. From this understanding, the objective is to improve the quality of the biosensor design, exploring its strengths and trying to mitigate its weaknesses and limitations. As a result of this study, two new multimode interference sensors were proposed: a highorder (fourth) sensor, operating with Transverse Electric modes and a mixed operation sensor, with Transverse Electric and Magnetic modes. Thanks to the theoretical study developed, it was possible to explore the real potential of this structure as a sensor, as the proposed devices achieved theoretical limits of detection ranging from 7.87·10^?8 RIU and 1.9·10^?7 RIU, the smallest values reported so far in the literature. New excitation structures and new detection strategies have also been presented to power effective and efficiently these sensors. Such proposed structures may also be employed in areas other than sensingDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia ElétricaCAPES88882.329474/2019-01[s.n.]Hernández-Figueroa, Hugo Enrique, 1959-Salazar, Jorge Ricardo MejíaChavez, Marco Isaias AlayoGabrielli, Lucas HeitzmannCórdoba Ramírez, JhonattanUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASIsayama, Yuri Hayashi, 1989-20222022-02-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (111 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/3293ISAYAMA, Yuri Hayashi. Estudo compreensivo dos sensores de interferometria multimodal e suas aplicações em biossensoriamento óptico. 2022. 1 recurso online (111 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3293. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1238012Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-25T11:55:27Zoai::1238012Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-03-25T11:55:27Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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