Manipulación de partículas y objetos biológicos, micro y nanométricos, por los efectos piroeléctrico y fotovoltaico de volumen

Abstract

Las pinzas optoelectrónicas fotovoltaicas, tema en que se enmarca esta tesis, son una técnica reciente de manipulación óptica de micro/nano-objetos que ha experimentado un rápido desarrollo en la última década. La acción de pinza está basada en el llamado efecto fotovoltaico de volumen que presentan ciertos materiales ferroeléctricos como el LiNbO3:Fe y que permite generar intensos campos eléctricos controlados únicamente con luz visible. Dentro de este tema, el trabajo de tesis se ha dirigido a la optimización de la técnica de manipulación tanto en sí misma, mediante desarrollos innovadores, como a abordar el reto de su aplicación en biotecnología. Respecto a la optimización de las pinzas, se ha investigado un nuevo concepto basado en la sinergia entre el efecto fotovoltaico de volumen y el efecto piroeléctrico, que ha dado lugar a un tipo de pinza con nuevas prestaciones llamada pinza piro-fotovoltaica. Además, gracias a los patrones obtenidos se ha medido, por primera vez, el campo eléctrico evanescente generado en los substratos activos de LiNbO3:Fe. Respecto a la aplicación de las pinzas fotovoltaicas en biotecnología, se ha propuesto e investigado una nueva estrategia consistente en la manipulación de gotas con material biológico sumergidas en un fluido apolar inmiscible. Dentro de esta estrategia se han alcanzado tres objetivos clave: a) la generación de gotículas de tamaños en el rango entre nanolitros y femtolitros; b) el desarrollo de una metodología novedosa para la manipulación de las gotículas, basada en la configuración de “gota colgante”, que ha permitido realizar con éxito operaciones muy diversas controladas por un simple haz de luz: arrastre, atrapamiento, división de una gota en dos y fusión de dos gotas; y c) la demostración de su potencial en biotecnología mediante aplicaciones específicas: determinación de la concentración y/o la carga eléctrica de las biogotas, y miniaturización del proceso de marcado fluorescente de biomateriales