TESIS
Desarrollo de un biosensor de glucosa no enzimático basado en ZnO depositado por sputtering
Fecha
2019-02-13Registro en:
Villasana Ponce, Gregorio. (2018). Desarrollo de un biosensor de glucosa no enzimático basado en ZnO depositado por sputtering (Maestría en Tecnología Avanzada), Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Altamira, México.
Autor
Villasana Ponce, Gregorio
Institución
Resumen
RESUMEN: En este trabajo de investigación, se depositaron películas delgadas de ZnO mediante la técnica de erosión catódica por corriente directa pulsada para su aplicación en el desarrollo de biosensores de glucosa no enzimáticos. Las películas fueron depositadas sobre sustratos de vidrio y de titanio variando la potencia de la fuente en 80, 100, 120 y 150 W y los tiempos de depósito en 10, 15, 20, 60 minutos con el objetivo de estudiar el efecto sobre el espesor de las muestras. A partir del espectro de transmitancia de las películas depositadas sobre vidrio, se obtuvo el ancho de banda prohibida y se calculó el espesor de las películas. La rugosidad fue medida a partir de las imágenes de Microscopía de Fuerza Atómica. Además, se estudió la estructura cristalina con la técnica de Difracción de Rayos X, se observó la morfología de las muestras depositadas sobre titanio por la técnica de Microscopía Electrónica de Barrido, y, por último, por medio de técnicas electroquímicas como voltametría cíclica y cronoamperometría se obtuvieron la respuesta de corriente a diferentes concentraciones de glucosa y la curva de calibración del biosensor ZnO/Ti. Los análisis de AFM muestran que la rugosidad de las películas de ZnO disminuye conforme se incrementa la potencia debido al incremento de la movilidad superficial de los átomos. Las propiedades estructurales demuestran que la variación del tiempo de depósito influye en un cambio de orientación preferencial del plano (002) al plano (001) debido a la poca movilidad de los átomos sobre la superficie a causa de la escasa energía ofrecida por la temperatura ambiente del sustrato. La morfología de las muestras crecidas sobre titanio es muy semejante por lo tanto el tiempo de depósito no influye. Por otro lado, los tiempos de depósito bajos (valores cercanos al ancho de la región de agotamiento) afectan el espesor, lo que resulta en un incremento de la sensibilidad del biosensor. El dispositivo electroquímico mostró una sensibilidad de 0.40 dLμAmg-1cm-2 (7.8 μAcm-2mM-1) con un rango de respuesta lineal de 60 a 200 mg/dL (3.3 mM a 11.0 mM) de glucosa.
ABSTRACT: In this research work, thin films of ZnO were deposited by means of pulsed direct current sputtering in the development of non-enzymatic glucose biosensors. The films were deposited on glass and titanium substrates varying the power of the source in 80, 100, 120 and 150 W and the deposit times in 10, 15, 20, 60 minutes in order to study the effect on the thickness of the samples. From the transmittance spectrum of the films deposited on glass, the band gap was obtained, and the thickness of the films was calculated. The roughness was measured from the images of Atomic Force Microscopy. In addition, the crystal structure was studied with the X-ray diffraction technique, the morphology of the samples deposited on titanium was observed by the Scanning Electron Microscopy technique, and, finally, by means of electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and chronoamperometry the current response at different glucose concentrations and the calibration curve of the ZnO/Ti biosensor were obtained. The AFM analyzes show that the roughness of the ZnO films decreases as the power increases due to the increase in the surface mobility of the atoms. The structural properties show that the variation of the deposition time influences a change of preferential orientation from the plane (002) to the plane (001) due to the little mobility of the atoms on the surface because of the low energy offered by the ambient temperature of the substrate. The morphology of samples grown on titanium is very similar therefore the time of deposit does not affect. On the other hand, low deposition times (values close to the width of the depletion region) affect the thickness, which results in an increase in biosensor sensitivity. The electrochemical device showed a sensitivity of 0.40 dLμAmg-1cm-2 (7.8 μAcm-2mM-1) with a linear response range of 60 to 200 mg/dL (3.3 mM to 11.0 mM) of glucose.