Microscopio interferométrico sin lente para materiales transparentes

Roland Terborg

Dr. Valerio Pruneri

A medida que los sistemas de salud combaten epidemias y enfermedades infecciosas, es necesario desarrollar nuevas formas de diagnóstico para satisfacer la creciente demanda de servicios, a menudo en lugares sin la infraestructura necesaria. Una solución emergente a este problema son los dispositivos de punto de atención (POC), que pueden proporcionar diagnósticos rápidos sin necesidad de personal especializado ni infraestructura compleja. En esta tesis, demostramos el desarrollo de una plataforma POC para la detección rápida y temprana de infecciones, en particular la sepsis, una reacción inflamatoria de cuerpo entero con altas tasas de mortalidad. Los componentes principales de esta plataforma son: un microscopio interferométrico sin lente (LIM) y un cartucho microfluídico con un chip plasmónico funcionalizado para la detección de biomarcadores, sin marcadores adicionales. El LIM también es capaz de medir la modulación de fase en chips plasmónicos comerciales. Más específicamente, la tesis describe: • El desarrollo del LIM con un amplio campo de visión y una gran profundidad de campo que muestra una sensibilidad de 1 nm a lo largo del eje de propagación del haz, lo que permite, por ejemplo, la medición de microarreglos de sílice ultrafinos (2 nm de espesor) y transparentes, y monocapas de proteínas. • La generación de haces de luz periódicamente estructurados, obtenidos mediante una configuración sencilla que incluye los elementos birrefringentes del LIM. Estos pueden aplicarse no solo a la detección de imágenes y biomarcadores, sino también a la fabricación aditiva y la microestructuración de superficies. • La medición de fase en chips comerciales mediante resonancia plasmónica superficial para la detección de cambios en el índice de refracción de líquidos. Las mediciones de fase proporcionan una sensibilidad para los cambios en el índice de refracción que es aproximadamente un orden de magnitud mayor que la de la detección basada en la intensidad, en condiciones similares. Estos resultados muestran una posible mejora en la sensibilidad de los sistemas estándar utilizados por la comunidad biomédica. • El desarrollo de un dispositivo POC que comprende el LIM como lector de chips plasmónicos de oro con arreglos de nanoagujeros específicamente diseñados. La lectura de la señal de fase con el LIM muestra un aumento de un orden de magnitud en la sensibilidad gracias a la interacción mejorada mediante resonancia plasmónica superficial localizada. Se detectan bajas concentraciones de proteínas y bacterias (incluso de una sola bacteria) en mediciones reales, incluso en muestras humanas. Esta plataforma tiene el potencial de multiplexar la señal para la detección simultánea de miles o incluso millones de biomarcadores diferentes. El LIM presentado en esta tesis es un sistema de imagen altamente sensible, robusto y de alto rendimiento para la detección de pequeñas cantidades de materiales transparentes (como sílice, proteínas y bacterias), con aplicaciones en microscopía y biomedicina.

The LIM technology, which has been the main outcome of my doctoral thesis, is highly sensitive and robust, but at the same time simple and versatile. In the first tests at Hospital de Vall d'Hebrón, the LIM has shown a great potential as a point-of-care platform far the rapid diagnose of Sepsis. At ICFO's Innova,tion LaunchPad we are pushing the technology towards the market and expect to enter it within the next 3 years. The proposed platform will have a high impact in both, the economic and the social aspects

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