Diseño desarrollo y caracterizacion de microdispositivos opticos y fluidicos para su integracion en microsistemas de analisis (total)

Resumen

Las microtecnologías abarcan muchos campos de aplicación y representan la evolución de las tecnologías de fabricación electrónica y ciertas técnicas de fabricación mecánica, su migración a otras áreas tecnológicas y la final integración de todo el conjunto. Las técnicas desarrolladas desde principios de los 80 para la industria microelectrónica fueron extendiéndose progresivamente a otros ámbitos. Así surgieron la microóptica, microfluídica, etc., Tas cuales, a su vez, se combinan entre si para crear microsistemas integrados con distintas tecnologías. Este tipo de dispositivos que llamamos microsistemas se están introduciendo satisfactoriamente en campos como el biomédico, el farmacéutico y el medioambiental a través de lo que se conoce como microsistemas de análisis, como se verá en el capítulo de introducción, su incidencia en las ciencias de la vida es cada vez más importante. La potencia de estos sistemas proviene fundamentalmente de dos aspectos: la miniaturización, que permite su fabricación en grandes cantidades y características cualitativamente superiores a las de los sistemas macroscópicos y la integración de distintos dispositivos que aportan funcionalidad. En este trabajo se estudia un proceso que permite la integración de distintos elementos de tipo electrónico, óptico y microfluídico en un microsistema de análisis. Además se diseñan y desarrollan distintos dispositivos básicos con una compatibilidad total en cuanto a proceso e integración y que permiten el desarrollo de microsistemas de análisis de mediante procesos sencillos y abordables. Para ello se utilizan técnicas tradicionales del sector microelectrónico junto con algunos procesos y materiales más innovadores como pueden ser los polímeros en su aplicación a los microsistemas de análisis. Así se ha conseguido integrar fotodiodos de silicio con guías de onda enterradas y canales microfluídicos fabricados en polímero Sü-8. El trabajo presentado tiene un elevado carácter multidisciplinar y en aquellos apartados en que se ha considerado necesario se han separado las consideraciones de tipo electrónico, de de carácter óptico y de tipo microfluídico para una mejor organización y comprensión. En esta tesis se presentan los procesos, materiales y técnicas para la fabricación y caracterización de los dispositivos propuestos así como los distintos resultados obtenidos durante la ejecución de los procesos y a la hora de caracterizar los dispositivos. Por último se presenta un prototipo de microsistema de análisis conseguido mediante la integración de los dispositivos desarrollados. Las ventajas de los procesos objeto de este trabajo son principalmente su sencillez, su versatilidad para fabricar distintos tipos de dispositivos electrónicos, ópticos y microfluídicos con buenas prestaciones individuales y la integrabilidad que proporcionan, que es una consideración importante a la hora de diseñar microsistemas de análisis con la máxima funcionalidad. Microtechnologies have a wide field of application and represent the evolution of electronic and mechanical fabrication techniques, their mi gration to other fields of technology and the final integration of them. The techniques developed since the 80s for the microelectronic industry progressively expanded into other fields. This is how appeared microoptics and microfluidics, which were both combined to créate integrated microsystems. The kind of devices we call Microsystems are successfully entering fields such as the biomedical, pharmaceutical and environmental ones by means of the analysis microsystem. As the introduction chapter will show, their importance in the sciences of life is more and more important. The power of these systems comes mai ni y from two facts: miniaturization, which allows high volume fabrication and superior characteristics than their macroscopic counterparts and the integration of different devices, which adds functionality. ln this work a process that allows the integration of different electronic, optic and microfluidic devices in an analysis microsystem is studied. Moreover, different basic devices are developed with a complete compatibility among them in terms of process and integration, thus allowing the development of analysis Microsystems in a simple way To achieve this goal, traditional microelectronics techniques are used in conjunction with more innovative processes and materials, such as polymers in their application to the analysis Microsystems. This way it has been possible to intégrate silicon photodiodes with buried optical waveguides and microfluidic channels fabricated in a polymer called SU-8. This work has a multidisciplinary character and the electronic, optical and microfluidic considerations have been separated wherever it has been considered convenient, for the better coherence and comprehension. This thesis presents the processes, the materials and techniques for the fabrication and characterization of the proposed devices, as well as the results obtained during the characterization of the devices. At the end of the work, it is presented a prototype o fan analysis Microsystems that has been obtained by integrating the different developed devices. The advantages of the processes object of this work are mainly their simplicity, their versatility for the fabrication of different electronic, optic and microfluidic devices with good individual performance and the integrability they provide when designing analysis microsystems for the highest functionality.