[en] BIOSENSOR AND ELECTROOPTICAL DEVICE WITH SPECIAL FIBER OPTICS

Autor: ALEXANDRE DE RESENDE CAMARA
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
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Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.29585
Popis: [pt] O presente trabalho investiga a utilização de fibras ópticas em biossensoriamento e na indução de uma não-linearidade de segunda ordem para a construção de dispositivos sensores. O biossensor proposto tem por finalidade diagnosticar uma das doenças com maior incidência em países tropicais: a Dengue. Foi construído um sensor a fibra óptica que potencialmente é capaz de diagnosticar, num tempo curto, a presença do vírus da Dengue no sangue de um paciente infectado. Esse sensor usa nanopartículas de ouro, depositadas na extremidade de uma fibra óptica, que foram funcionalizadas com os anticorpos da Dengue (anti-NS1). O sensor é capaz de detectar o antígeno NS1 em diferentes concentrações com um limite de quantificação de 0.074 micrograma por mililitro, podendo ser explorado para uso na fase aguda da infecção.Outra vertente do trabalho é a possibilidade de se realizar modificações estruturais nas fibras ópticas com o intuito de alterar as propriedades ópticas da fibra. Através da técnica de polarização térmica, é possível gravar campos elétricos da ordem de 108 volts por metro no núcleo da fibra óptica, sendo possível utilizar as fibras polarizadas como moduladores de fase e de amplitude, seletores de pulso, chaves ópticas, voltímetros, entre outras. O trabalho de tese aqui descrito apresenta um estudo detalhado da polarização térmica em fibras ópticas através de simulações, utilizando o software COMSOL Multiphysics, considerando-se os diversos parâmetros envolvidos e geometrias diferentes de fibras, visando a obtenção de uma alta não-linearidade de segunda ordem. Além do mais, experimentos foram realizados a fim de se entender o mecanismo presente no processo de polarização térmica face aos resultados obtidos pela simulação. Buscou-se, também, entender o papel dos portadores de cargas presentes no material no processo de geração de não-linearidade de segunda ordem realizando-se experimentos de polarização óptica.
[en] The present work investigates the use of fiber optics in biosensing and the creation of a second order nonlinearity to be use in the development of sensor devices. The goal of the proposed biosensor is to diagnose one of the diseases with highest incidence in tropical countries: Dengue. Dengue is a dangerous disease that every year affects more and more people, despite the efforts made to deal with the transmitter, the mosquito Aedes aegypti. Furthermore, since Dengue symptoms resemble flu symptoms, wrong diagnoses are frequently made. As a consequence, wrong medicines may be prescribed, and that may lead the patient to death. Another problem in diagnosing Dengue is the long time is necessary for the laboratorial exams to give a result. In an attempt to offer a solution that could minimize these problems, an LSPR-based fiber optic sensor was adapted for antigen NS1 detection. This sensor is potentially able to perform a Dengue s virus diagnosis in a short period of time in an infected patient s blood. It uses gold nanoparticles that are functionalized with Dengue s antibodies. The antibody, anti-NS1, was immobilized in gold nanoparticles deposited at the endface of a multimode optical fiber. The LSPR sensor is able to detect different concentrations of the antigen NS1 with a limit of quantification equal to 0.074 microgram per milliliter, and may be used in the acute phase of the infection. Another part of the present work investigates the possibility of performing structural modifications in the optical fiber to change the optical properties of silica. Through the electro-thermal poling technique it is possible to record electric fields as high as 108 volts per meter in the core of the fiber, making possible the use of these modified fibers as phase and amplitude modulators, optical keys, pulse selectors, voltmeters, etc. This work also shows a very detailed study of electro-thermal poling in optical fiber through simulations, using the software Comsol Multiphysics, considering various parameters that are involved in the process in order to obtain high second order nonlinearity. Furthermore, experiments on eletro-optical poling were performed to investigate the mechanism involved in this poling process, in order to understand the role of the carriers present in the material in the generation of the second order nonlinearity.
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