Integración de diferentes fenómenos fotónicos en tecnología de disco compacto para el desarrollo de biosensores label-free

En esta tesis se ha abordado el desarrollo de biosensores opticos label-free, basados en tecnologia de disco compacto, permitiendo asi abaratar y simplificar su fabricacion. El trabajo llevado a cabo ha consistido en estudiar diferentes propiedades fisico-quimicas desarrolladas por diversos materiales. Ello ha permitido obtener sistemas compactos y accesibles, capaces de sensar con buenas prestaciones analiticas en diferentes escenarios. En el capitulo 1 se presenta un estudio de inhibicion enzimatica sobre discos Blu-ray como plataforma de ensayo para el cribado de farmacos. Para ello, se inmoviliza orientadamente una glicoenzima, de la familia de las peroxidasas sobre la superficie del disco, cuya actividad se relaciona con los compuestos a cribar. Despues de ensayar cada compuesto, se determina el grado de inhibicion enzimatica mediante la adicion de un sustrato. La cantidad de producto obtenido, inversamente proporcional al potencial inhibitorio del compuesto en estudio, es cuantificado con un lector de discos que registra las variaciones en la intensidad del haz laser reflejado debidas al producto enzimatico. Ello permite realizar mas de 1700 ensayos simultaneos en un unico disco Blu-ray lo que muestra su potencial en analisis masivo de alto rendimiento. Ademas, se plantea una estrategia basada en hipersuperficies para el analisis de la elevada cantidad de datos que se generan en las etapas del proceso de descubrimiento de farmacos. En el capitulo 2 se aborda el estudio de una metodologia para reducir el ruido generado en la lectura de resultados obtenidos con biosensores opticos, mejorando asi su sensibilidad. Para ello, se plantea la estructuracion del ensayo en forma de franjas en lugar del tradicional microarray, generando una senal periodica sinusoidal al ser escaneadas. Al analizar dicha senal en dominio de frecuencias, esta se concentra en un pico a la frecuencia del ensayo, mientras que la mayor parte del ruido aparece a frecuencias mucho mas altas. Inicialmente se queria reducir al maximo el ruido, para diferenciar las interacciones moleculares en formato label free. Sin embargo, los ensayos realizados con discos DVD no generaron suficiente senal, teniendo que recurrir en esta ocasion al marcaje para la cuantificacion de inmunoglobulinas G y de caseina. Pese a ello, la metodologia desarrollada tambien se puede aplicar en biosensores tipo label-free, reduciendo el ruido y mejorando su sensibilidad. El capitulo 3 se centra en el desarrollo de sustratos interferometricos multicapa que varian la intensidad de la luz reflejada al realizar un ensayo analitico en su superficie. Los sustratos fueron fabricados utilizando los materiales que componen los DVD-RW, depositados en capas de espesor controlado con el fin de obtener la maxima respuesta. A su vez, se disenaron de tal forma que uno de ellos disminuya la intensidad del haz reflejado como respuesta a las interacciones moleculares, mientras que el otro la aumenta. El trabajo incluye la utilizacion de principios y materiales de la tecnologia de disco compacto para el desarrollo del sistema de deteccion. Para ello, se emplea el cabezal de un lector de DVD, ya que dispone de un laser y de todos los elementos opticos necesarios para el escaneado vertical. Con este sistema se cuantifican con exito y sin marcaje inmunoglobulinas G y sulfasalazina, una macromolecula y un farmaco de masa molecular reducida. El capitulo 4 consiste en la fabricacion de un cristal fotonico utilizando la estructura de los discos compactos cubiertos con una pelicula de oxido de titanio. Se han estudiado las propiedades fisico-quimicas de estos sustratos y se han caracterizado sus propiedades fotonicas. Todo ello esta en concordancia con los resultados obtenido mediante simulaciones. Para interrogar los cristales fotonicos fueron necesarios una fuente de luz blanca y un espectrofotometro, ademas de los elementos opticos necesarios para guiar la luz.