Fabricación y caracterización de arreglos de electrodos recubiertos con películas delgadas mesoporosas de óxido de silicio y óxidos mixtos de silicio y circonio - Giménez, Gustavo (2018)
Los sensores químicos han cobrado importancia en las últimas décadas. Enparticular, el subgrupo de sensores electroquímicos es uno de los campos quemás ha crecido. Este trabajo de tesis tuvo dos objetivos fundamentales. El primero fue sintetizary estudiar películas delgadas mesoporososas (PDM) basadas en SiO2 parautilizar como elemento permeoselectivo para un analito o grupo de analitos. Elsegundo fue la integración de dichas películas en sensores electroquímicos fabricadoscon tecnologías de microfabricación, compatibilizando de esta forma losprocesos bottom-up con los top-down. Durante la primera etapa se sintetizaron PDM sobre electrodos de oro, empleandodiferentes surfactantes para regular el tama˜no de los poros entre 3 y 10nm. Dado que la remoción del molde de poros mediante calcinación deterioralos electrodos, se desarrollaron procesos alternativos a la calcinación, permitiendocondensar el SiO2 por debajo de los 130 °C, minimizando efectos difusivosy ampliando el espectro de sustratos compatibles. Las PDM se caracterizaronmediante elipsoporosimetría ambiental, espectroscopía IR, microscopía óptica,de barrido electrónico y de haz de iones focalizados. En una segunda etapa se estudiaron los fenómenos de transporte que ocurrena través de las PDM mediante técnicas electroquímicas: voltametría cíclica, voltametría de corriente alterna y simulación por elementos finitos. Los resultaronpermitieron obtener información significativa de los sistemas, tanto cualitativa (casos de exclusión, permeación y preconcentración) como cuantitativa (coeficientesde difusión, capacidad de adsorción, distancias entre sitios rédox, etc.). Sin embargo, se observó que las PDM de sílice se disuelven en el término dehoras durante las medidas electroquímicas, lo que limita su aplicabilidad en elcaso de sensores para uso continuo. Se fabricaron en forma continua y constante electrodos de Au, optimizandodise˜nos, condiciones de depósito, sustratos y funcionalizaciones superficiales, deforma de mejorar el desempe˜no electroquímico y aumentar la compatibilidad delas PDM con los electrodos. Ya en una etapa avanzada se incorporó circonio alos soles lo que redunda en un aumento significativo de la estabilidad químicade las PDM de sílice frente a la disolución. Finalmente se fabricó un multisensorprototipo funcionalizando las PDM en forma localizada específicamente sobre elárea de cada electrodo con la intención de darle una característica distintiva acada elemento del sensor. Sobre este prototipo se realizó un análisis multivariblede la respuesta electroquímica de cada electrodo de forma de obtener marcassensoriales especificas para cada sonda utilizada. Los resultados obtenidos permiten escalar la fabricación de sensores basadosen electrodos de oro recubiertos con PDM potencialmente selectivas, químicamenteestables, reproducibles y de fácil funcionalización. El conocimiento adquiridoes la base que permitirá avanzar en el desarrollo y dise˜no de multisensoreselectroquímicos basados en películas delgadas mesoporosas permeoselectivas.