Divisores de potência poliméricos para a multiplexação de biossensores ópticos

Autor: Salazar Roggero, Ursula Fernanda, 1991
Přispěvatelé: Hernández-Figueroa, Hugo Enrique, 1959, Córdoba Ramírez, Jhonattan, Gabrielli, Lucas Heitzmann, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
DOI: 10.47749/t/unicamp.2019.1126278
Popis: Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Recentemente, foram desenvolvidos vários protótipos de biossensores ópticos, os quais têm conseguido detectar moléculas e patologias com um alto nível de sensibilidade, de uma maneira mais simples, rápida e direta comparada com os métodos tradicionais dos laboratórios clínicos. Em vista desses resultados, um objetivo primordial na atualidade é integrar uma grande quantidade desses biossensores em um único dispositivo para conseguir múltiplas detecções simultâneas e, com isso, diagnósticos mais precisos. Esse conceito, além da integração da fonte de luz, detectores e canais microfluídicos em um mesmo dispositivo portátil é chamado Lab-On-Chip. Este trabalho é um desenvolvimento aplicado e complementar, pois aproveita o protótipo de um biossensor óptico projetado e fabricado pelo grupo de pesquisa GEMAC da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Com base nisso, propõe e compara dois diferentes designs de divisores de potência 1xN, usados para alimentar um arranjo formado por N biossensores. Assim, ao invés de fazer apenas uma detecção, será possível realizar múltiplas detecções simultâneas a partir de uma única fonte de luz. Outro fator importante nesses dispositivos é o material utilizado. Muitas pesquisas usam o silício devido a suas qualidades ópticas e mecânicas, além dos processos de fabricação já padronizados, pelo qual é considerado o elemento preferido da fotônica integrada. No entanto, para aplicações biológicas é conveniente explorar outras opções como o polímero SU-8 que, comparado com os materiais inorgânicos, apresenta uma maior biocompatibilidade, simplificando assim o tratamento da superfície do biossensor. Além disso, esse material permite trabalhar com estruturas maiores, proporcionando um processo de fabricação mais simples e de menor custo. Por essa razão, tanto o biossensor desenvolvido anteriormente como os divisores de potência propostos neste trabalho utilizam esse polímero como núcleo. A primeira proposta é baseada em acopladores direcionais (DC, pelo nome em inglês) colocados em série. Obtendo uma estrutura não compacta com um área de 4,20 x 0,42 mm2, uma divisão de potência uniforme com valores entre 8,4% e 9,2% da potência de entrada e uma perda 0,54 dB. A segunda proposta é baseada em um dispositivo de interferência multimodo (MMI, pelo nome em inglês). Nesse caso, obteve-se uma estrutura compacta com um área de 1,25 x 0,23 mm2, uma divisão de potência bastante uniforme com valores entre 9,5% e 9,8% da potência de entrada e uma perda consideravelmente baixa de 0,16 dB. Os dispositivos apresentados neste trabalho foram projetados analiticamente e seus desempenhos foram avaliados e otimizados mediante simulações eletromagnéticas Abstract: Recently, several prototypes of optical biosensors have been developed, which have been able to detect molecules and pathologies with a high level of sensitivity, in a simpler, faster and direct way compared to the traditional methods of clinical laboratories. Due to excellent results reported, a current goal is to integrate a large amount of these biosensors into an individual device to achieve multiple simultaneous detections and thus more accurate diagnoses. This concept, in addition to the integration of light source, detectors and microfluidic channels into a single portable device is called Lab-On-Chip. This work is an applied and complementary development, taking advantage of an optical biosensor prototype designed and manufactured by the research group GEMAC of UNICAMP. Then, it proposes and compares two different designs of 1xN power splitters, which are used to supply an array formed by N biosensors. Thus, instead of making only one detection, it will be possible to perform multiple simultaneous detections from a single source. Another important factor in these devices is the material used. Many researches use silicon due to its optical and mechanical qualities, in addition to the standardized manufacturing processes, which is considered the preferred element of integrated photonics. However, for biological applications, it is convenient to explore other options such as polymer SU-8 which, compared to inorganic materials, has a higher biocompatibility, thus simplifying the treatment of the surface of the biosensor. In addition, this material allows to work with larger structures, providing a simpler and cheaper manufacturing process. For this reason, both the previously developed biosensor and the power splitters proposed in this paper use this polymer as core. The first proposal is based on a cascade arranged directional couplers (DC). A non-compact structure with a footprint of 4,2x0,42 mm2, a uniform power division with values between 8,4% and 9,2% of input power and a loss of 0,54 dB were obtained. The second proposal is based on a multi-mode interference device (MMI). In this case, a compact structure with a footprint of 1,25 x 0,23 mm2, a very uniform power division with values between 9,5% and 9,8% of input power and a significant low loss of 0,16 dB were obtained. The devices presented in this work were designed analytically and their performances were evaluated using electromagnetic simulations Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestra em Engenharia Elétrica CAPES
Databáze: OpenAIRE
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