Plataforma plasmónica de sensado: diseño y caracterización

Abstract

In this thesis work, two designs of a plasmonic sensing platform are presented that allow real-time measurements, without subsequent data analysis, of various physical parameters such as the temperature of liquid layers and glucose concentrations. The platform is based on the principle of surface polariton plasmon resonance (SPR) at one wavelength. The principle of operation consists of attenuated total reflection measurements with reflectivity interrogation in a typical Kretschmann configuration. The configuration consists of a semi-cylindrical glass prism with a refractive index of 1.487, a thin gold film, and a chamber for sample deposit. With the data obtained from the reflected light, a numerical adjustment was made where the operating intervals were studied. The water temperature was determined to measure in wide intervals, the obtained results cover a range of 21-46 °C, this for a fixed angle of incidence. The range can be increased using another fixed angle which is intended to cover the entire temperature range of the liquid layer (4-100 °C). Furthermore, using the aforementioned experimental arrangement, it was possible to extend the capabilities of the system to measure glucose concentrations. Glucose concentrations in water were used in a range such that it had a linear behavior, which corresponds to the concentrations of 0 to 5 g in 50 ml of water. The data were compared with the data obtained from an ABBE refractometer, which allowed validation with the proposed method, where a good approximation was obtained between the two methods. Finally, critical angle spectroscopy was studied to be implemented with the SPR system. The data suggests the presence of the SPR phenomenon in the area near the critical angle.

En este trabajo de tesis, se presentan dos diseños de una plataforma plasmónica de sensado que permiten realizar mediciones en tiempo real, sin un análisis posterior de datos, de varios parámetros físicos tales como la temperatura de capas líquidas y concentraciones de glucosa. La plataforma se basa en el principio de la resonancia del plasmón polaritón de superficie (SPR por sus siglas en inglés) a una longitud de onda. El principio del funcionamiento consiste en medidas de reflexión total atenuada con interrogación de reflectividad en una configuración típica de Kretschmann. La configuración consiste en un prisma de vidrio semicilíndrico con un índice de refracción de 1.487, una película delgada de oro y una cámara para el depósito de la muestra. Con los datos obtenidos de la luz reflejada se hizo un ajuste numérico donde se estudiaron los intervalos de operación. Se determinó la temperatura del agua para medir en intervalos amplios, los resultados obtenidos abarcan un rango de 21-46°C, esto para un ángulo de incidencia fijo. El rango se puede aumentar usando otro ángulo fijo lo cual se pretende cubrir todo el intervalo de temperatura de la capa líquida (4–100 °C). Además, utilizando el arreglo experimental mencionado se logró extender las capacidades del sistema para medir concentraciones de glucosa. Se usó concentraciones de glucosa en agua en un rango tal que tuviera un comportamiento lineal, la cual corresponde las concentraciones de 0 a 5 g en 50ml de agua. Los datos se compararon con los datos obtenidos de un refractómetro ABBE, que permitió validar con el método propuesto, donde se obtuvo una buena aproximación entre los dos métodos. Finalmente, se estudió la espectroscopía de ángulo crítico para ser implementado con el sistema SPR. Los datos sugieren la presencia del fenómeno SPR en la zona cercana al ángulo crítico.