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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2552| Enhancing the sensitivity of a phase-based plasmonic sensor for biomolecular sensing: from theory to experiment | |
| Cuanalo Fernandez Juan Pablo | |
| SVETLANA SERGUEYEVNA MANSUROVA Ruben Ramos-Garcia | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Plasmonics SPR LSPR biosensing topological darkness | |
| Plasmonic biosensors have emerged as powerful tools for label-free sensing offering indispensable attributes such as high sensitivity, real-time monitoring capabilities, and reliable detection, all of which are crucial for diverse biomedical and environmental applications. However, commercial Surface Plasmon Resonance (SPR) based systems are complex and costly, while Localized Surface Plasmon Resoanance (LSPR) systems, though easier to use, exhibit lower sensitivity. Phase measurements of the plasmonic response of SPR and LSPR transducer are a promising alternative to enhance the senstiviy. This dissertation describes the development and characterization of a plasmonic phasebased biosensor, aiming to enhance the device performance parameters such as sensitivity, refractive index resolution, and the limit of detection of biomolecular interactions using SPR and LSPR phenomena. Theoretical and experimental analysis explore and compare both intensity and phase interrogation modes (focusing on the last one) with different resonance markers. Theoretical analysis for SPR transducer was performed using the transfer matrix method to calculate the intensity and phase response of the reflectance spectra for a four-layered system composed of glass – thin titanium film – thin gold film – surrounding medium. The island film theory was computationally implemented for calculating the intensity and phase response of the reflectance spectrum for LSPR transducer represented by a random array of identical metallic nanoparticles supported on a glass substrate. Both analysis were performed under Attenuated Total Reflection (ATR) conditions. In experiment, the SPR transducer consisted of a gold film deposited through magnetron sputtering on a glass substrate. While the LSPR transducer is composed by a self-assembled array of gold NanoIslands (Au NI), fabricated through thermal annealing of ultra thin gold films. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) were used for morphological characterization of the metasurfaces. Los biosensores plasmónicos han surgido como herramientas poderosas para la detección sin etiquetas, ofreciendo atributos indispensables como alta sensibilidad, capacidades de monitoreo en tiempo real y detección confiable, todos los cuales son cruciales para diversas aplicaciones biomédicas y ambientales. Sin embargo, los sistemas comerciales basados en Resonancia de Plasmones Superficiales (SPR) son complejos y costosos, mientras que los sistemas basados en Resonancia de Plasmones Superficiales Localizados (LSPR), aunque más fáciles de usar, exhiben una sensibilidad menor. Las mediciones de fase de la respuesta plasmónica de los transductores SPR y LSPR son una alternativa prometedora para mejorar la sensibilidad. Esta disertación describe el desarrollo y caracterización de un biosensor plasmónico basado en fase, con el objetivo de mejorar los parámetros de rendimiento del dispositivo, como la sensibilidad, la resolución del índice de refracción y el límite de detección de interacciones biomoleculares utilizando fenómenos SPR y LSPR. Se realizan análisis teóricos y experimentales para explorar y comparar ambos modos de interrogación, intensidad y fase (centrándose en este último), con diferentes marcadores de resonancia. El análisis teórico del transductor SPR se realizó utilizando el método de la matriz de transferencia para calcular la intensidad y la respuesta de fase de los espectros de reflectancia para un sistema de cuatro capas compuesto por vidrio – película delgada de titanio – película delgada de oro – medio circundante. La teoría de películas insulares se implementó computacionalmente para calcular la intensidad y la respuesta de fase del espectro de reflectancia para el transductor LSPR representado por una matriz aleatoria de nanopartículas metálicas idénticas soportadas en un sustrato de vidrio. Ambos análisis se realizaron bajo condiciones de Reflexión Total Atenuada (ATR). En el experimento, el transductor SPR consistió en una película de oro depositada mediante pulverización por magnetrón sobre un sustrato de vidrio. Mientras que el transductor LSPR está compuesto por una matriz autoensamblada de NanoIslas de oro (Au NI), fabricada mediante recocido térmico de películas ultradelgadas de oro. La Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) y la Microscopia de Fuerza Atómica (AFM) se utilizaron para la caracterización morfológica de las metasuperficies. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2024-06 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Cuanalo Fernández, J. P., (2024), Enhancing the sensitivity of a phase-based plasmonic sensor for biomolecular sensing: from theory to experiment, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| ÓPTICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Óptica |
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