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Impresión 3D adaptada a fibra óptica

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Cómo la impresión 3D puede adaptarse a la fibra óptica empleando técnicas de deposición nanotecnológica. El objetivo de todo esto: diseñar biosensores basados en fibra óptica.

How 3D printing can be adapted to fiber-optics by means of nanotechnology-based deposition techniques. The main goal: to design fiber-optic-based biosensors.

Published in: Health & Medicine
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Impresión 3D adaptada a fibra óptica

  1. 1. Abián Bentor Socorro Leránoz Dpto. Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación Universidad Pública de Navarra (18/05/2018)
  2. 2. 1. El mercado de los biosensores 2. ¿Qué es un biosensor? 3. ¿Por qué la fibra óptica? 4. Ejemplos de biosensores con fibra óptica 5. Reflexiones ÍNDICE
  3. 3. 1. El mercado de los biosensores Informe de P&S Market Research (2015): “Global Biosensors Market Size, Share, Development, Growth and Demand Forecast to 2022 – Industry Insights by Technology (…), by Application (…), by End User (…)”.  El mercado de los biosensores alcanzará los 20.100 M€.  Principales causas: aumento de la diabetes y envejecimiento de la población.  Empresas: Siemens Healthcare, Abbott, J&J, Medtronic, Hoffmann La Roche y Bayer.  Los biosensores más usados son los electroquímicos, aunque los ópticos crecen más.  Medicina es lo más demandado, pero seguridad y defensa es el sector que más crece. 1
  4. 4.  Ventajas: 1. Elevada sensibilidad 2. Selectividad/especificidad 3. Capacidad de miniaturización 4. Mayor velocidad de detección 5. Alta resolución 6. Menor gasto de recursos 7. Menor coste en el dispositivo final 8. Posibilidad de monitorización in situ y continua 9. Reversibilidad en las medidas 10.Posibilidad de regeneración  Inconvenientes: 1. El mercado de los biosensores 2 Mercado MUY competitivo Estrategia empresarial agresiva
  5. 5. 1. El mercado de los biosensores 2. ¿Qué es un biosensor? 3. ¿Por qué la fibra óptica? 4. Ejemplos de biosensores con fibra óptica 5. Reflexiones ÍNDICE
  6. 6. 2. ¿Qué es un biosensor?  Definición: “Dispositivo capaz de detectar y monitorizar la interacción biológica entre un bioreceptor y un analito de un modo óptimo y específico”  CLAVE a) Dispositivo  implica diseño (paso a electrónica), optimización, prueba, validación. b) Detección y monitorización  no sólo detecta lo que queremos, sino que además da una idea de la evolución de esa interacción c) Bioreceptor  Molécula biológica encargada de enlazarse químicamente con una sustancia diana (analito) d) Analito  Molécula (o sustancia química) a detectar. Puede ser biológica o no e) Optimización  sensibilidad, resolución, coste, rapidez,… f) Especificidad  detecta unívocamente la molécula para la cual está diseñado y no otras (sensibilidad cruzada nula) 3
  7. 7.  Composición de un biosensor: Sustrato Interfase de inmovilización Bioreceptores AnalitoBioreceptor Espúreos 2. ¿Qué es un biosensor? 4
  8. 8.  Clasificación según el fenómeno de detección usado para transducir la interacción biológica en información inteligible: Másicos Piezoeléctricos Termométricos Mecánicos 2. ¿Qué es un biosensor? 5 Electroquímicos ÓPTICOS
  9. 9. 1. El mercado de los biosensores 2. ¿Qué es un biosensor? 3. ¿Por qué la fibra óptica? 4. Ejemplos de biosensores con fibra óptica 5. Reflexiones ÍNDICE
  10. 10.  Ventajas: i. Biocompatibilidad ii. Inmunidad ante interferencias electromagnéticas iii. Posibilidad de trabajo en condiciones poco habituales iv. Gran ancho de banda de operación (UV – VIS – NIR) v. Rapidez en la detección de los cambios vi. Tamaño y coste reducidos vii. Dispositivos portables viii. Permiten sensar varias magnitudes a la vez en diferentes ls ix. No necesitan una fuente eléctrica externa x. No requieren mantenimiento  Inconvenientes: i. Difícilmente integrable (estamos en ello…) ii. Alineación perfecta de los dispositivos para poder acoplar máximo de luz iii. A mayor complejidad de los fenómenos a generar, mayor coste 3. ¿Por qué la fibra óptica? 6
  11. 11.  Descripción: • Guía de ondas dieléctrica (sílice) y cilíndrica altamente flexible capaz de guiar ondas electromagnéticas en el rango de las comunicaciones ópticas. Chaqueta exterior Kevlar Acrilato Fibra óptica Núcleo (n1) Cubierta (n2) n1 > n2 Campo evanescente Reflexión Total Interna 3. ¿Por qué la fibra óptica? 7
  12. 12. 3. ¿Por qué la fibra óptica?  Configuraciones de detección 8
  13. 13. 1. El mercado de los biosensores 2. ¿Qué es un biosensor? 3. ¿Por qué la fibra óptica? 4. Ejemplos de biosensores con fibra óptica 5. Reflexiones ÍNDICE
  14. 14. 4. Ejemplos de biosensores con FO 9P. Vaiano et al. Laser Photonics Rev. 10, No. 6, 922–961 (2016)
  15. 15. 4. Biosensores con FO  ‘Lab in fiber’ 10P. Vaiano et al. Laser Photonics Rev. 10, No. 6, 922–961 (2016) Paso 1: La fibra ya viene preparada. Rellenado del sustrato con diversas técnicas Paso 2: Biofuncionalización Paso 3: Detección  Caracterización
  16. 16. 4. Biosensores con FO  ‘Lab on tip’ 11 P. Vaiano et al. Laser Photonics Rev. 10, No. 6, 922–961 (2016) – A. Ricciardi et al, Analyst 24, 2015 Paso 1: Preparación del sustrato Técnica Focused Ion Beam (FIB) Paso 2: Biofuncionalización Técnicas: inkjet, dip-pen, SAM,… Paso 3: Detección  Caracterización Nanolitografía Impresión 3D
  17. 17. Fibras estrechadas o tapers Redes Bragg o GratingsFibras de tipo D Fibras sin cubiertaNanocavidades en punta Fibras cónicas 12 4. Biosensores con FO  ‘Lab around fiber’ Paso 1: Preparación del sustrato. Técnicas de deposición: ‘dip-coating’, ‘lbl-assembly’, ‘sputtering’,…
  18. 18. 13A.B. Socorro-Leránoz et al, IEEE J. Sel. Topics in Quantum Electronics 2017, 23, 2, Art. ID 5601808, 8 pp. ↑ [biomarcador] → ↑ Δλ 4. Biosensores con FO  ‘Lab around fiber’ Paso 3: Detección  Caracterización Paso 2: Biofuncionalización (ej. 1)
  19. 19. 14 Zona sensible Núcleo Cubierta Luz de entrada Luz de salida 4. Biosensores con FO  ‘Lab around fiber’ P. Zubiate et al, Bios. & Bioelectronics, 2017, 93, pp. 176-181 Paso 2: Biofuncionalización (ej. 2) ↑ [biomarcador] → ↑ Δλ Paso 3: Detección  Caracterización Detección de riesgo de sepsis / enfermedad cardiovascular
  20. 20. 15 4. Biosensores con FO  Prototipado Yun Liu et al, Scientific Reports volume 5, Article number: 12864 (2015) Impresión 3D convencional
  21. 21. 16 4. Biosensores con FO  Prototipado Fuente: Proyecto Spin-off – Grupo de sensores de la UPNA Impresión 3D convencional Acomodamiento del sensor (laboratorio) Detección (colores) Smartphone
  22. 22. 1. El mercado de los biosensores 2. ¿Qué es un biosensor? 3. ¿Por qué la fibra óptica? 4. Ejemplos de biosensores con fibra óptica 5. Reflexiones ÍNDICE
  23. 23. Reflexiones 17 Mercado de biosensores + INVERSION Optimización ↔ Solución de Compromiso ↔ Electroquímicos Ópticos ¿vs? Impresión 3D “adaptada” al mundo nano
  24. 24. Agradecimientos
  25. 25. Gracias por su atención ¿Cuestiones?

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