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Grupo de Materiales Fotónicos y Biofuncionales Avanzados

Presentación

El grupo de Materiales Fotónicos y Biofuncionales Avanzados  está formado por investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid.

Líneas de Investigación

Nanoestructuras basadas en silicio: Crecimiento y caracterización.

El silicio poroso nanoestructurado (PS) se puede obtener mediante el ataque electroquímico de silicio, resultando en estructuras esponjiformes con tamaños típicos en el rango de unos pocos nanómetros.  Su particular estructura y reactividad superficial ha estimulado muchas investigaciones y diversas aplicaciones en diferentes campos, incluyendo la fotónica y biosensores.  En este sentido, la estructura, contenido de impurezas y morfología de la superficie del nanoPS, así como las propiedades de la interfaz nanoPS/Si, determina el comportamiento físico-químico de este material.  En consecuencia, el análisis preciso de la composición y la morfología del nanoPS es de gran importancia para controlar con precisión su comportamiento.

Películas delgadas y multicapas para sistemas ópticos

El silicio poroso nanoestructurado (nanoPS) tiene un gran potencial en diversas aplicaciones ópticas, debido a la controlabilidad de su índice de refracción.  De hecho, los parámetros electroquímicos de formación del nanoPS tienen una decisiva influencia tanto en la porosidad como en la morfología de los poros y, por tanto, en las propiedades ópticas de las capas de nanoPS.

Biosensores

El desarrollo de un biosensor por lo general requiere dos pasos: (a) la funcionalización de la superficie para permitir la unión covalente de biomoléculas en la superficie y (b) la inmovilización de las biomoléculas (por lo general una enzima o un anticuerpo) que permite el reconocimiento de  las entidades biológicas.  La adecuación del silicio poroso nanoestructurado en este campo ha sido demostrada.

Patrones micrométricos de superficie

Además de la fabricación de estructuras en profundidad (capas delgadas y multicapas), la fabricación de patrones laterales micrométricos es una característica interesante a explorar para el desarrollo de biochips ópticos basados en silicio poroso nanoestructurado (nanoPS).  La fabricación de micropatrones de películas funcionales es de hecho una parte fundamental para el desarrollo de aplicaciones biomédicas.  La implantación de iones ha demostrado ser una herramienta eficaz para la formación localizada de nanoPS en el rango micrométrico.

Aplicaciones fotónicas de silicio basados en nanoestructuras

La posibilidad de producir diversos dispositivos fotónicos ha atraído gran atención hacia el silicio poroso nanoestructurado (nanoPS).  En particular, es posible utilizar eficazmente el nanoPS en el desarrollo de fotodetectores y células solares.  En este sentido, los dispositivos avanzados de detección óptica utilizan el texturizado de la superficie para reducir la reflexión óptica, aumentando de este modo la absorción.  Este objetivo se puede lograr mediante la utilización de capas de nanoPS crecidas sobre sustratos de silicio (mono y policristalino), ya que la estructura del nanoPS puede modular la absorción óptica y las propiedades de reflexión.  Dependiendo de las dimensiones características de los poros, una capa de nanoPS puede ser empleada para mejorar el confinamiento óptico, o como recubrimiento antirreflectante en fotodiodos o células solares de silicio.  Otras ventajas importantes asociadas al uso de nanoPS en los dispositivos de detección ópticos es la posibilidad de desarrollar filtros interferenciales basados en nanoPS, evitando de esta forma el uso de recubrimiento antireflectantes adicionales.  En el caso del desarrollo de sensores y células solares, otra ventaja importante del uso de nanoPS es que la banda prohibida de este material puede ser ajustada para una óptima absorción de la luz solar.

Biofuncionalización y biofabricación.

Técnicas de modificación superficial para la explotación de las propiedades eléctricas, ópticas o mecánicas de diversos materiales en contextos biomoleculares y celulares.

Una de las actividades destacadas de nuestro grupo consiste en adaptar la superficie de distintos materiales (tanto cerámicos, metales, semiconductores y polímeros) para explotar sus propiedades básicas controlando su interacción con un sistema biológico, ya sea celular o biomolecular. Las líneas de investigación en este marco son:

  • Preparación y funcionalización de superficies de biomateriales mediante derivados híbridos sol gel.
  • Activación química de Biopolímeros mediante polimerización plasma (PE-CVD).
  • Micro y nanoestructuración de biopolímeros mediante técnicas de auto-ensamblado.
  • Biofuncionalización de estructuras transductoras para validación de sistemas de reconocimiento específico (Iggs, ADN).
  • Estudio de la diferenciación de células mesenquimáticas (MSCs) sobre distintos materiales micro y nanoestructurados.

Recientemente el grupo ha iniciado una serie de investigaciones en las que los objetos biológicos se convierten en los elementos actuadores en la modificación de un material (Biofabricación).

  • Estudios de microestructuración de superficies mediante capas protéicas generadoras de tensiones compresivas.

Recubrimientos de baja emisividad

Recubrimientos transparentes y a la vez reflectores de calor se depositan en ventanas para ser empleados en edificios comerciales y residenciales con el fin de ahorrar energía en el acondicionamiento térmico. Estos, llamados recubrimientos de baja emisividad, muestran una alta selectividad espectral, proporcionando al mismo tiempo alta transmitancia visible y alta reflectancia en el infrarrojo lejano.

Equipos de fabricación

  • Evaporadora por cañón de electrones.
  • Sputtering reactivo DC/AC
  • Sputtering reactivo de doble fuente DC/AC
  • Plasma-CVD asistido por microondas
  • Plasma-CVD con espectroscopía óptica de descarga (GDS)
  • Procesamiento electroquímico
  • Procesamiento térmico rápido (RTP)
  • Tratamiento de superficies mediante plasma de Argon
  • Cañón de iones Argon
  • Técnicas húmedas: Spin coating, dip coating y sol-gel

 

Equipos de caracterización

El grupo dispone de diversos equipos experimentales para la caracterización de superfícies, láminas delgadas y materiales nanoestructurados:

  • Espectrofotometría visible-UV
  • Caracterización eléctrica I-V y C-V a bajas temperaturas
  • Equipo de 4 puntas para determinación de resistividad y resistencia de hoja mediante técnica de Van der Pauw
  • Fotoluminiscencia a bajas temperaturas.
  • Fotocorriente visible-UV, medidas de fotocatálisis
  • Microindentación
  • Microscopía de fluorescencia
  • Goniómetro de ángulo de contacto
  • Espectroscopía de impedancia, determinación de potencial Z
  • Microbalanza

Personal del grupo

Personal de Investigación y Docencia

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