Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Morás Junior, André Luís, 1988-
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/20.500.12733/3448
Resumo: Orientadores: Newton Cesário Frateschi, Luís Alberto Mijam Barêa
id UNICAMP-30_fc7266bc8c855ed9302151038a096394
oai_identifier_str oai::1238452
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperaturaStudy and development of high sensitivity optical biosensor with low dependence on temperature variationsBiossensores óticosFotônica integradaMicrocavidades óticasRessonadores de cavidadeOptical biosensorsIntegrated photonicsOptical microcavitiesCavity resonatorsOrientadores: Newton Cesário Frateschi, Luís Alberto Mijam BarêaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: O interesse e potencial de fabricação de dispositivos label-free e do tipo lab-on-a-chip cresceram bastante com o advento da micro e nanotecnologia há algumas décadas, atraindo investimentos de diversas áreas de pesquisa, como bioquímica, medicina, física, engenharia e biologia. Dentre os dispositivos mais promissores para o desenvolvimento do dispositivo lab-on-a-chip ideal, encontram-se os biossensores ópticos baseados em fotônica integrada de silício, os quais, além de apresentarem alta sensibilidade e baixo limite de detecção, também têm grande potencial de integração e miniaturização devido à tecnologia complementary metal-oxide semicondutor em que se baseia sua fabricação. No entanto, os biossensores ópticos também são extremamente sensíveis a perturbações ambientais, como variações de temperatura, o que limita e compromete sua aplicação em situações onde essas perturbações não são devidamente controladas, reduzindo sua confiabilidade. Neste trabalho, é proposto estudar e desenvolver por meio de simulações um biossensor óptico baseado em duas cavidades ressonantes acopladas que apresente alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura. A utilização de duas cavidades acopladas permite empregar uma medida diferencial entre as ressonâncias de cada cavidade que reduz significativamente a dependência do sensor a variações de temperatura, preservando sua alta sensibilidade e baixo limite de detecção. Também é proposto desenvolver o biossensor em uma plataforma de nitreto de silício sobre isolante. O baixo coeficiente termo-óptico do nitreto de silício combinado ao alto batente de índice de refração entre o nitreto e a dióxido de silício contribui para aumento da sensibilidade do sensor e redução da dependência da temperatura. Além disso, as relações entre os parâmetros de fabricação mais importantes do biossensor, tais como dimensões das cavidades e tamanho da região de detecção, e seus parâmetros de caracterização, como sensibilidades há variações de índice de refração e de temperatura, serão estudadas e exploradas detalhadamente por meio de simulações. Por fim, será estimado que o biossensor proposto em SiNOI, quando aplicado na detecção de soluções aquosas, é capaz de atingir uma sensibilidade RI (Refractive Index) de (123,36 ± 1,52) nm/RIU (Refractive Index Units) e um limite de detecção de aproximadamente 6 × 10-4 RIU, mantendo a sensibilidade a variações de temperatura em apenas -8,8 × 10-3 nm/ºCAbstract: The interest and potential for manufacturing label-free and lab-on-a-chip devices has grown significantly with the advent of micro and nanotechnology a few decades ago, attracting investments from different areas of research, such as biochemistry, medicine, physics, engineering and biology. Optical biosensors based on integrated silicon photonics are among the most promising devices for the development of the ideal lab-on-a-chip device. In addition to its high sensitivity and low detection limit, they also have great potential of integration and miniaturization due to the metal-oxide semiconductor complementary technology on which their fabrication is based. However, optical biosensors are also extremely sensitive to environmental disturbances, such as temperature variations, which limits and compromises their application in situations where disturbances are not properly controlled, reducing its reliability. In this work, study and development are proposed, through simulations, an optical biosensor based on two coupled resonant cavities with high sensitivity and low dependence on temperature variations. The use of two coupled cavities allows us to employ a differential measure between the resonances of each cavity that significantly reduces the sensor's dependence on temperature variations, preserving its high sensitivity and low detection limit. We also propose the development of the biosensor on a silicon nitride on insulator platform. The low thermo-optical coefficient of silicon nitride combined with the high refractive index contrast between silicon nitride and silicon dioxide contributes to increased sensor sensitivity and reduced temperature dependence. In addition, the relationships between the most important manufacturing parameters of the biosensor, such as cavity dimensions and detection region size, and its characterization parameters, such as sensitivities to refractive index and temperature variations, will be studied and explored in details through extensive simulations. Finally, we estimate that the proposed biosensor, when applied in the detection of aqueous solutions, is capable of achieving a refractive index sensitivity of (123.36 ± 1.52) nanometers per refractive index units and a detection limit of approximately 6 × 10-4 refractive index units, with a sensitivity to temperature variations of only -8.8 × 10-3 nm/ºCDoutoradoFísica AplicadaDoutor em CiênciasCNPQ162329/2017-2[s.n.]Frateschi, Newton Cesário, 1962-Barêa, Luís Alberto Mijam, 1982-Gabrielli, Lucas HeitzmannWiederhecker, Gustavo SilvaCirino, Giuseppe AntonioGaleti, Helder Vinícius AvançoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMorás Junior, André Luís, 1988-20222022-02-03T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (105 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448MORÁS JUNIOR, André Luís. Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura. 2022. 1 recurso online (105 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1238452Requisitos 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/openAccess2022-04-05T13:32:44Zoai::1238452Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-04-05T13:32:44Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
Study and development of high sensitivity optical biosensor with low dependence on temperature variations
title Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
spellingShingle Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
Morás Junior, André Luís, 1988-
Biossensores óticos
Fotônica integrada
Microcavidades óticas
Ressonadores de cavidade
Optical biosensors
Integrated photonics
Optical microcavities
Cavity resonators
title_short Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
title_full Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
title_fullStr Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
title_full_unstemmed Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
title_sort Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura
author Morás Junior, André Luís, 1988-
author_facet Morás Junior, André Luís, 1988-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Frateschi, Newton Cesário, 1962-
Barêa, Luís Alberto Mijam, 1982-
Gabrielli, Lucas Heitzmann
Wiederhecker, Gustavo Silva
Cirino, Giuseppe Antonio
Galeti, Helder Vinícius Avanço
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
Programa de Pós-Graduação em Física
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Morás Junior, André Luís, 1988-
dc.subject.por.fl_str_mv Biossensores óticos
Fotônica integrada
Microcavidades óticas
Ressonadores de cavidade
Optical biosensors
Integrated photonics
Optical microcavities
Cavity resonators
topic Biossensores óticos
Fotônica integrada
Microcavidades óticas
Ressonadores de cavidade
Optical biosensors
Integrated photonics
Optical microcavities
Cavity resonators
description Orientadores: Newton Cesário Frateschi, Luís Alberto Mijam Barêa
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022
2022-02-03T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448
MORÁS JUNIOR, André Luís. Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura. 2022. 1 recurso online (105 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448
identifier_str_mv MORÁS JUNIOR, André Luís. Estudo e desenvolvimento de biossensor óptico de alta sensibilidade e baixa dependência a variações de temperatura. 2022. 1 recurso online (105 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/3448. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1238452
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (105 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189180863938560

Registros relacionados