Medición ultrasensible

Título

Medición ultrasensible

Colaborador

Grecco, Hernán E.
Martínez, Oscar E.

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2020-12-01

Extensión

131 p.

Resumen

En esta tesis se trabajó sobre técnicas de incremento de la sensibilidad en análisis cuantitativo utilizando herramientas ópticas. Con el foco puesto en aplicaciones biológicas y químicas, las estrategias utilizadas se pueden dividir en dos partes. Por un lado se aprovecharon las propiedades únicas de los lantánidos en la fabricación y aplicación de nanosensores con muy alta relación señal/fondo, de particular importancia en el análisis de líquidos túrbidos y medios altamente dispersivos. Con este fin se construyó un equipo para medir simultáneamente tiempo de vida y espectro de partículas luminiscentes por upvonversion (conversión ascendente) y se lo utilizó en su caracterización espectral, que tiene en cuenta sus características estacionarias pero también su dinámica resuelta en el tiempo. Por otra parte se implementó un microscopio basado en Pticografía de Fourier, una técnica que añade contraste de fase a un microscopio de transmisión tradicional y permite incrementar la resolución hasta el límite de difracción. Es de particular interés en la generación de capturas de gran tamaño con muy buena capacidad resolvente, dotando a su vez al sistema de sensibilidad de fase para la medición de espesores e índices de refracción. Se construyó un prototipo de microscopio y se trabajó en técnicas para incrementar su robustez, necesaria para el desarrollo de un instrumento de campo. Se introdujo a su vez una técnica de información estadística basada en el concepto de Información de Fischer para encontrar las zonas de máximo contenido informacional de acuerdo a la aplicación y finalmente optimizar la adquisición en tiempo y desempeño. En conjunto, ambas técnicas permiten estudiar procesos con mínima perturbación al medio observado, favoreciendo la observación de fenómenos biológicos y químicos en su contexto natural con bajo ruido y alto poder resolvente. Se han desarrollado estrategias de vinculación tecnológica para su introducción en soluciones industriales específicas tales como el sensado de efluentes y líquidos en intercambiadores de calor o el análisis petrográfico en la industria petroquímica y así demostrar su utilidad y potencialidad práctica.
This thesis is centered in the implementation of optical tools to improve the sensitivity of quantitative measurements. Aiming to assess typical problems in biological and chemical applications, the strategies can be divided in two areas. On the one hand, the unique properties of lanthanides were successfully used in our advantage to construct nanosensors with a high signal/background ratio, of particular importance in the analysis of turbid or highly scattering media. With this objective in mind, a spectrometer was adapted to measure simultaneously the lifetime decay and stationary spectra of upconverting nanoparticles, allowing for the spectral characterization in both dynamical and stationary domains. On the other hand, we built a Microscope based in Fourier Ptychography allowing phase contrast imaging and resolution increase up to the limit of diffraction. This technique is perfectly suitable for large field of view applications with no loss of resolving power, with additional sensitivity to measure refractive indexes and sample heights. A laboratory prototype was constructed and used to elaborate robustness improvement techniques, a crucial need in an industrial environment. As a whole, both techniques provide a mean to study media in a minimally invasive manner, favoring the observation of biological and chemical phenomena in their natural environment with low noise and high resolving power. Technology transfer strategies were developed to introduce their application in specific industrial solutions such as effluent characterization and heat interchanging systems analysis or thin sample petrographic imaging in the petrochemical industry thus demonstrating the practical potential of the presented techniques.