Development of sensors based in MEMS with mechanochromic response
Els sensors nanomecànics han estat reportats històricament com una eina atractiva per a la biodetecció degut a la seva alta sensibilitat, alt rendiment i alta integració. La majoria dels sensors nanomecànics s'han fabricat amb tecnologia basada en silici, podent integrar milers de sensors en un...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:243471 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/243471 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Mecanocròmic Coloraciò estructural Sensors mecànics Mecanocrómico Mechanochromic Coloración estructural Structural coloration Sensores mecánicos Mechanical sensors Ciències Experimentals |
| Sumario: | Els sensors nanomecànics han estat reportats històricament com una eina atractiva per a la biodetecció degut a la seva alta sensibilitat, alt rendiment i alta integració. La majoria dels sensors nanomecànics s'han fabricat amb tecnologia basada en silici, podent integrar milers de sensors en un sol xip. No obstant això, el desenvolupament d'aquest tipus de sistemes implica no només la fabricació de matrius de transductors mecànics, que actualment és un procés molt establert i de baix cost, sinó també l'implementació d'un sistema de lectura per llegir independentment la resposta de cada transductor. Aquesta tesi doctoral es va centrar en el desenvolupament d'un nou enfocament per a la detecció de la resposta mecànica d'una matriu de sensors mecànics mitjançant l'ús d'instrumentació senzilla. Aquest enfocament consisteix en el desenvolupament de sensors mecànics (microcantilevers i micromembranes) amb resposta mecanocròmica, és a dir, sensors mecànics que canvien el seu color intrínsecament davant l'estimulació mecànica. El desenvolupament de sensors basats en MEMS amb resposta mecanocrómica és el resultat d'una combinació efectiva de la coloració estructural produïda per xarxes de difracció o cristalls fotònics, amb el rendiment dels transductors mecànics. Els sensors mecànics amb una nanoestructura periòdica disposada en una cara del sensor, es van fabricar i caracteritzar. El color mostrat pels sensors canvia intrínsecament per l'acció d'un estímul mecànic extern (càrrega de pressió o tensió superficial) quan el transductor es deforma, i el canvi de color es recollit per un LED i una càmera RGB de baix cost. Per dur a terme aquest desenvolupament, es realitza un estudi teòric de la física de coloració estructural i de models matemàtics que descriuen el principi de funcionament del dispositiu mecanocròmic. Amb aquests elements bàsics, els materials mecanocròmics basats en dos tipus d'estructures fotòniques, xarxes de difracció 1D i acoblaments col·loïdals, són fabricats i caracteritzats per espectrometria UV-Visible, identificant els principals contribuents del canvi de color (variacions en el període de la nanoestructura i canvis en l'angle d'il·luminació de punt de vista). Aquests materials a continuació són integrats a matrius de sensors mecànics colorimètrics per ser caracteritzats per mitjà de tensió biaxial. Es fabrica, caracteritza i avalua una matriu de sensors de pressió colorimètrics basats en membranes flexibles nanoestructurades i suspeses, lliures de marcatges i d'alimentació d'energia orientat a les aplicacions optofluídiques multiplexades. La plataforma mostra una sensibilitat de 0.17 kPa-1 en la detecció de pressions pneumàtiques baixes o de fluids (en un rang entre -1 i 1 kPa) i es demostra l'idoneïtat del mètode de detecció colorimètric mesurant el canvi de color de les membranes que mostren una sensibilitat de 117 nm \/ kPa. Finalment, es realitza un estudi teòric d'un sensor nanomecrònic colorimètric de tensió superficial basat en cantilevers i es demostra la seva utilitat a la detecció de canvis conformacionals moleculars fotoinduïts. D'aquesta manera, el mètode de detecció és capaç de detectar canvis de 1° en l'escala de to (HSV), o 0.75 nm de longitud d'ona en el rang visible (400 nm a 650 nm). El desenvolupament de sensors basats en MEMS amb resposta mecanocròmica es presenta com una eina útil que compleix amb els requisits per al desenvolupament d'un dispositiu de punt d'atenció. |
|---|