Silicon nanopillar arrays with SiO2 overlayer for biosensing application

We present the fabrication of silicon dioxide (SiO2) coated silicon nanopillar array structures and demonstrate their application as sensitive optical biosensors. Colloidal lithography, plasma dry etching and deposition processes are used to fabricate SiO2 coated Si nanopillar arrays with two different diameters and periods. Proof of concept bio recognition experiments are carried out with the bovine serum albumin (BSA)/antiBSA model system using Fourier transform visible and IR spectrometry (FT-VIS-IR) in reflection mode. A limit of detection (LoD) value of 5.2 ng/ml is estimated taking in to account the wavenumber uncertainty in the measurements.

Development and fabrication of optical biosensors based on biophotonic sensing cells (BICELLs)

El objetivo de esta tesis es el desarrollo y caracterización de biosensores ópticos sin marcado basados en celdas sensoras biofotónicas (BICELLs). Éstas son un nuevo concepto de biosensor desarrollado por el grupo de investigación y consiste en la combinación de técnicas de interrogación vertical, junto a estructuras fotónicas producidas usando métodos de micro- y nanofabricación. Varias conclusiones son extraídas de este trabajo. La primera, que se ha definido una BICELL estándar basada en interferómetros Fabry-Perot (FP). Se ha demostrado su capacidad para la comparación de rendimiento entre BICELLs estructuradas y para la realización de inmunoensayos de bajo coste. Se han estudiado diferentes técnicas de fabricación disponibles para la producción de BICELLs. Se determinó que la litografía de contacto a nivel de oblea produce estructuras de bajo coste, reproducibles y de alta calidad. La resolución alcanzada ha sido de 700 nm. El estudio de la respuesta a inmunoensayos de las BICELLs producidas se ha desarrollado en este trabajo. Se estudió la influencia de BICELLs basadas en diferentes geometrías y tamaños. De aquí resulta un nuevo enfoque para predecir el comportamiento de respuesta para la detección biológica de cualquier biosensor óptico estructurado, relacionando su superficie efectiva y su sensibilidad óptica. También se demostró una técnica novedosa y de bajo coste para la caracterización experimental de la sensibilidad óptica, basada en el depósito de películas ultradelgadas. Finalmente, se ha demostrado el uso de BICELLs desarrolladas en esta tesis, en la detección de aplicaciones reales, tales como hormonas, virus y proteínas. ABSTRACT The objective of this thesis is the development and characterization of optical label-free biosensors based on Bio-Photonic sensing Cells (BICELLs). BICELL is a novel biosensor concept developed by the research group, and it consists of a combination of vertical interrogation optical techniques and photonic structures produced by using micro- and nano-fabrication methods. Several main conclusions are extracted from this work. Firstly, a standard BICELL is defined based on FP interferometers, which demonstrated its capacity for accomplishing performance comparisons among different structured BICELLs, as well as to achieve low-cost immunoassays. Different available fabrication techniques were studied for BICELL manufacturing. It is found that contact lithography at wafer scale produce cost-effective, reproducible and high quality structures. The resolution achieved was 700 nm. Study on the response of developed BICELLs to immunoassays is performed within this work. It is therefore studied the influence of BICELLs based on different geometries and sizes in the immunoassay, which resulted in a new approach to predict the biosensing behaviour of any structured optical biosensor relating to its effective surface and optical sensitivity. Also, it is demonstrated a novel and low-cost characterization technique of the experimental optical sensitivity, based on ultrathin-film deposition. Finally, it is also demonstrated the capability of using the developed BICELLs in this thesis for real applications detection of hormones, virus and proteins.

Caracterización y optimización de estructuras biofotónicas y técnicas avanzadas de interrogación para desarrollo de biosensores ópticos

El núcleo fundamental de esta tesis doctoral es un modelo teórico de la interacción de la luz con un tipo particular de biosensor óptico. Este biosensor se compone de dos regiones: en la región inferior puede haber capas de materiales con diferentes espesores y propiedades ópticas, apiladas horizontalmente; en la zona superior, sobre la que incide directamente el haz de luz, puede haber estructuras que hacen que las propiedades ópticas cambien tanto en el plano horizontal como en la dirección vertical. Estos biosensores responden ópticamente de forma diferente al ser iluminados dependiendo de que su superficie externa esté, en mayor o menor medida, recubierta con diferentes tipos de material biológico. En esta tesis se define un modelo analítico aproximado que permite simular la respuesta óptica de biosensores con estructuras en su región más externa. Una vez comprobada la validez práctica del modelo mediante comparación con medidas experimentales, éste se utiliza en el diseño de biosensores de rendimiento óptimo y en la definición de nuevas técnicas de interrogación óptica. En particular, el sistema de transducción IROP (Increased Relative Optical Power), basado en el efecto que produce la presencia de material biológico, en la potencia total reflejada por la celda biosensora en determinados intervalos espectrales, es uno de los sistemas que ha sido patentado y es objeto de desarrollo por la empresa de base tecnológica BIOD [www.biod.es/], estando ya disponibles en este momento varios dispositivos de diagnóstico basados en esta idea. Los dispositivos basados en este sistema de transducción han demostrado su eficiencia en la detección de proteínas y agentes infecciosos como los rotavirus y el virus del dengue. Finalmente, el modelo teórico desarrollado se utiliza para caracterizar las propiedades ópticas de algunos de los materiales de los que se fabrican los biosensores, así como las de las capas de material biológico formadas en las diferentes fases de un inmunoensayo. Los parámetros ópticos de las capas mencionadas se obtienen mediante el método general de ajuste por mínimos cuadrados a las curvas experimentales obtenidas en los inmunoensayos. ABSTRACT The core of this thesis is the theoretical modeling of the interaction of light with a particular type of optical biosensor. This biosensor consists of two parts: in the lower region may have layers of materials with different thicknesses and optical properties, stacked horizontally; at the top, on which directly affects the light beam, there may be structures that make optical properties change in both, the horizontal and in the vertical direction. These biosensors optically respond differently when illuminated depending on its external surface is greater or lesser extent, coated with different types of biological material. In this thesis an approximate analytical model to simulate the optical response of biosensors with structures in its outer region is defined. After verifying the practical validity of the model by comparison with experimental measurements, it is used in the design of biosensors with optimal performance and the definition of new optical interrogation techniques. In particular, the transduction system IROP (Increased Relative Optical Power) based on the effect of the presence of biological material in the total power reflected from the biosensor cell in certain spectral ranges, has been patented and is under development by the startup company BIOD [www.biod.es/], being already available at this time, several diagnostic devices based on this idea. Devices based on this transduction system have proven their efficiency in detecting proteins and infectious agents such as rotavirus and virus of dengue. Finally, the developed theoretical model is used to characterize the optical properties of some of the materials from which biosensors are fabricated, as well as the optical properties of the biological material layers formed at different stages of an immunoassay. The optical parameters of the layers above are obtained by the general method of least squares fit to the experimental curves obtained in immunoassays.

Optimization of Dengue immunoassay by label-free interferometric optical detection method

In this communication we report a direct immunoassay for detecting dengue virus by means of a label-free interferometric optical detection method. We also demonstrate how we can optimize this sensing response by adding a blocking step able to significantly enhance the optical sensing response. The blocking reagent used for this optimization is a dry milk diluted in phosphate buffered saline. The recognition curve of dengue virus over the proposed surface sensor demonstrates the capacity of this method to be applied in Point of Care technology.

Release of Flavonoids by the Soybean Cultivars McCall and Peking and Their Perception as Signals by the Nitrogen-Fixing Symbiont Sinorhizobium fredii1

Sinorhizobium fredii strain USDA191 forms N-fixing nodules on the soybean (Glycine max L. Merr.) cultivars (cvs) McCall and Peking, but S. fredii strain USDA257 nodulates only cv Peking. We wondered whether specificity in this system is conditioned by the release of unique flavonoid signals from one of the cultivars or by differential perception of signals by the strains. We isolated flavonoids and used nodC and nolX, which are nod-box-dependent and -independent nod genes, respectively, to determine how signals activate genes in the microsymbionts. Seeds of cv McCall and cv Peking contain the isoflavones daidzein, genistein, and glycitein, as well as their glucosyl and malonylglucosyl glycosides. Roots exude picomolar concentrations of daidzein, genistein, glycitein, and coumestrol. Amounts are generally higher in cv Peking than in cv McCall, and the presence of rhizobia markedly influences the level of specific signals. Nanomolar concentrations of daidzein, genistein, and coumestrol induce expression of nodC and nolX in strain USDA257, but the relative nolX-inducing activities of these signals differ in strain USDA191. Glycitein and the conjugates are inactive. Strain USDA257 deglycosylates daidzin and genistin into daidzein and genistein, respectively, thereby converting inactive precursors into active inducers. Although neither soybean cultivar contains unique nod-gene-inducing flavonoids, strain- and cultivar-specific interactions are characterized by distinct patterns of signal release and response.

Interacción y manipulación de estructuras de datos complejas en VizHaskell

Nuestro trabajo se ha centrado principalmente en la mejora y extensión de una aplicación web llamada VizHaskell, la cual fue creada en otro proyecto anterior. La finalidad de esta herramienta es ser utilizada en el ámbito educativo para el aprendizaje del lenguaje Haskell y, por ello, incluye diferentes mecanismos para facilitar la programación de este lenguaje, a diferencia de otras que están destinados a un uso más serio o profesional. Entre sus características están la de incluir un mecanismo de gestión de usuarios en el que cada usuario dispondrá de su propio espacio de trabajo, permitir la creación de proyectos con la que los usuarios pueden tener de una manera organizada los módulos que vayan realizando, incluso proporcionar una visión original a la hora de obtener los resultados de su trabajo y poder entenderlos mejor, mediante el uso de representaciones gráficas como tablas o escenas 3D totalmente manejables y manipulables. Todo esto es posible sin la necesidad de instalar nada más allá de un navegador compatible con HTML5. Entre las mejoras añadidas están la inclusión de dos nuevas representaciones (tablas asociativas y escenas tridimensionales), la capacidad de anidar complejas estructuras de datos y la capacidad de poder manipular las estructuras de una forma sencilla mediante el uso de conocidos elementos como son los menús contextuales, además de otras mejoras que quizás no son tan llamativas, pero no por ello menos importantes, como la incorporación de funcionalidades relacionadas con los backreferences. Todo esto podemos verlo en detalle en la memoria del proyecto.

Curia philipica : primero y segundo tomo : el primero dividido en cinco partes ... trata ... de los juicios civiles y criminales eclesiasticos y seculares ... el segundo tomo distribuido en tres libros ... trata de la mercancia y contratacion de tierra y mar ... /

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Curia filipica : primero, y segundo tomo : el primero, dividido en cinco partes, donde se trata ... de los juicios civiles, y criminales, eclesiasticos, y seculares ... : el segundo tomo, distribuido en tres libros, donde se trata de la mercancia, y contratación de tierra y mar ... /

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Primera y segunda parte de la curia filipica : donde breue, y compendiosamente se trata de los iuyzios, mayormente forenses, eclesiasticos y seculares, con lo sobre ellos hasta aora dispuesto por derecho, resuelto por doctores antiguos, y modernos, y practicable : Vtil para los proffesores de entrambos derechos ... vtil y prouechoso para mercaderes ... y otras personas /

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Laberinto de comercio terrestre y naual, donde breue y compendiosamente se trata de la mercancía y contratación de tierra y mar, vtil y prouechoso para mercaderes, negociadores, nauegantes y sus consulados ... /

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Segunda parte de la curia filipica : donde se trata breue y compendiosamente de la mercancia y contratacion de tierra y mar : vtil ... para mercaderes, negociadores, nauegantes /

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