1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Sonora
4. Instituto Tecnológico de Hermosillo
5. Tesis de Maestría
6. Maestría en Ingeniería Electrónica

Title:	Diseño y desarrollo de sistema de biosensor para la industria médica mediante litografia de haz de electrones
Authors:	DUARTE MOROYOQUI, DAVID A.
Issue Date:	2022-01-17
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Instituto Tecnológico de Hermosillo
Description:	De acuerdo con el Informe Mundial Sobre la Diabetes (Global Report on Diabetes) publicado en 2016 por la Organización Mundial de la Salud (OMS), se estimó que alrededor de 422 millones de adultos padecían algún tipo de diabetes en 2014, comparado con 108 millones en 1980. Desde 1980 la prevalencia global (normalizada por edades) se incrementó de 4.7% a 8.7% lo que representa un aumento de casi el doble en un periodo de 34 años. Esto a su vez, supone un aumento en factores de riesgo asociados a la diabetes, tales como el sobrepeso y la obesidad. Durante la última década, la prevalencia se ha incrementado a una tasa mayor en países menos desarrollados de bajos y medianos ingresos que en los países de altos ingresos [1]. En países desarrollados, la prevalencia es mayor. Sin embargo, los países en vías de desarrollo también han presentado un aumento, afectando mayormente mujeres que hombres [2]. En las últimas décadas ha surgido un interés considerable por estudiar los Compuestos Orgánicos Volátiles (VOC por sus siglas en inglés) emitidos por el cuerpo humano, debido a que contienen abundante información biológica que puede ser útil para determinar las condiciones de salud de una persona [3]. Una muestra del aliento de una persona saludable contiene aproximadamente 200 VOCs. Sin embargo, los niveles de concentración y los tipos de VOCs pueden variar en cada persona. Se han encontrado hasta 3500 VOCs distintos y aún se siguen identificando nuevos compuestos. Los niveles de concentración de algunos de estos compuestos pueden variar desde partes por trillón (ppt) a partes por millón (ppm) [4]. Todavía no se ha determinado el origen celular y bioquímico de muchos de estos compuestos orgánicos, además de que algunos pueden manifestarse debido a causas o fuentes externas. Hasta el momento no se puede dar un diagnóstico preciso sobre el estado de salud de una persona analizando las muestras de VOCs. Sin embargo, una de las ventajas es que algunos compuestos, tales como el isopreno y las cetonas, se manifiestan en cantidades relativamente altas en pacientes que padecen Diabetes Mellitus tipo 2 (DMT2) [5]. Las cetonas son compuestos químicos que se producen cuando se presentan bajos niveles de insulina en la sangre y el cuerpo utiliza la grasa en lugar de la glucosa para generar energía [6]. 10 Esto supone un gran reto en la actualidad, investigar sobre nuevos métodos para detectar a tiempo enfermedades como la diabetes o el cáncer. Detectar síntomas en una etapa temprana reduciría la tasa de mortalidad de las personas con estos padecimientos. Aún existe mucha falta de información en este campo, sin embargo, en los últimos años se ha encontrado una correlación de la cantidad de VOCs presentes en una persona con diferentes enfermedades, ya que estos compuestos funcionan como marcadores biológicos para detectar anormalidades en el organismo. [4] Con los avances y el desarrollo tecnológico se han creado distintos tipos de biosensores, que, a diferencia de los sensores, estos cuentan con un componente biológico que al interactuar con un analito se produce una reacción catalítica o vinculante, generando una señal eléctrica cuantificable, proporcional al analito de interés [7]. En este trabajo se abordan los distintos tipos de biosensores y técnicas de medición, tales como la amperometría, potenciometría y voltametría, que permiten traducir esta señal eléctrica cuantificada, de tal manera que una persona especialista en el área de la salud pueda realizar un diagnóstico o determinar un tratamiento adecuado para la enfermedad analizada. Se optó por trabajar con biosensores de tipo electroquímicos amperométricos, ya que resultan ser sensores de bajo costo, además de presentar características como bajo consumo de energía, alta sensitividad y selectividad. Además, la respuesta del biosensor se puede describir mediante las leyes de Faraday y las Leyes de Fick [8]. Se utilizaron herramientas de cómputo numérico como MATLAB para realizar una simulación de la curva característica de respuesta de un biosensor típico a fin de compararla con un experimento realizado por en 2009 por Díaz-Díaz et al. [9]. También se utilizó el software Proteus (v8.9) de Labcenter Electronics para simular el comportamiento de un biosensor ante una concentración de analito. Se simuló la respuesta en corriente y se comparó con los resultados obtenidos de nuestra simulación en MATLAB. La simulación para la etapa de procesamiento de la señal se realizó con ayuda del entorno de desarrollo Arduino IDE, debido a su compatibilidad con el software de Proteus y la fácil instalación de módulos virtuales e interfaces de despliegue de datos. Este proyecto fue llevado a cabo en conjunto con El Núcleo de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (NICDET), una institución privada dedicada a la investigación científica y tecnológica. La propuesta de NICDET fue desarrollar el biosensor con nanotubos de óxido de indio (In2O3) para la adsorción de cetonas, y 11 fabricar un sistema de electrodos mediante la técnica de litografía de haz de electrones ya que en sus instalaciones cuentan con el equipo necesario para trabajar con litografía. Se contempla el uso de la técnica de Litografía por haz de electrones para fabricar sensores con arreglos de nanoelectrodos (Nano Electrode Arrays ó NEAs). La litografía por haz de electrones consiste en trazar patrones en escalas muy pequeñas en el orden de los nanómetros al remover o agregar material en un sustrato. Por ejemplo, en la industria de los semiconductores, se utiliza frecuentemente esta técnica y con ayuda del diseño asistido por computadora (CAD por sus siglas en inglés) se generan máscaras utilizadas para replicar patrones en obleas de silicio [10]. Se realizaron algunas pruebas de impresión de patrones en obleas de silicio en las instalaciones de NICDET con la intención de usarse como base para el posterior diseño y desarrollo de los sensores electroquímicos para la detección de cetonas en el aliento de personas.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Appears in Collections:	Maestría en Ingeniería Electrónica

This item is protected by original copyright View License

This item is licensed under a Creative Commons License