MICROSCOPIO DE LENTE TÉRMICA PARA APLICACIONES EN MICROFLUÍDICA. (solicitud CAI ID: 7568, Folio: 2254 ver ANEXO 1)

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SOLICITUD: 7568

PROYECTOS PARA LA INNOVACIÓN IPN 2016

MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO

1. Título del proyecto:

MICROSCOPIO DE LENTE TÉRMICA PARA APLICACIONES EN MICROFLUÍDICA. (solicitud CAI ID: 7568, Folio: 2254 ver ANEXO 1)

1. Coordinador y participantes en el proyecto indicando su Unidad de Adscripción.

COORDINADOR

i- Dr. Ernesto Marín Moares, Investigador (CICATA-LEGARIA)

Información relevante (se anexa Curriculum Vitae-Anexo2):

Investigador Nacional Nivel III. Autor de más de 140 publicaciones científicas, 5 capítulos de libros, un libro, dos patentes y dos registros de autor. Ha dirigido 5 tesis de Licenciatura, 16 de Maestría y 11 de Doctorado. Premio a la Investigación 2011 y 2013 del IPN en la Categoría Investigación Básica y Aplicada respectivamente. Miembro de la AMC. Tiene amplia experiencia en el área de las técnicas fototérmicas y sus aplicaciones.

PARTICIPANTES

Investigadores

i- Dr. José Antonio Calderón Arenas, Investigador (CICATA-LEGARIA).

Información relevante:

Investigador Nacional Nivel II. Fue fundador del laboratorio de técnicas fototérmicas de CICATA-Legaria, Coordinador del Programa de Tecnología Avanzada y Director del mismo centro. Premio a la Investigación del IPN en 2003 y Premio de Ingeniería de la Ciudad de México en 2012. Miembro de la AMC. Tiene amplia experiencia en el área de las técnicas fototérmicas y sus aplicaciones, donde demuestra una vasta productividad científica y trabajo en la formación de recursos humanos.

ii- Dra. Guadalupe Valverde Aguilar

Información relevante:

Investigadora Nacional Nivel II. Especialista en químico-física, apoyará el proyecto en lo referente a la preparación de muestras para estudios de sensibilidad y límites de detección.

Estudiantes

iii- MTA. Ramón Enrique Cedeño Bernal, Estudiante de Doctorado (CICATA-LEGARIA).

Información relevante:

Ingeniero industrial, tiene experiencia en montaje y automatización de experimentos, programación en diferentes lenguajes y ambientes. Su tesis de Maestría en Tecnología Avanzada realizada bajo la tutoría del director del proyecto trató sobre la implementación de un microscopio fototérmico basado en detección acústica. Durante su trabajo doctoral ha trabajado en la implementación de un microscopio basado en el efecto de lente térmica, que constituye el antecedente directo de este proyecto. Por todo ello cuenta con experiencia para colaborar en el proyecto.

iv- MTA. Angel Sergio Cifuentes Castro, Estudiante de Doctorado (CICATA-LEGARIA)

Información relevante:

Especialista en electrónica y mecatrónica, tiene experiencia en automatización de experimentos, programación en diferentes lenguajes y ambientes. Su participación estará dirigida al desarrollo de ina interfaz para la adquisición de la señal de lente térmica mediante la técnica de amplificación sincrónica.

v- Ing. Eduardo Vargas Bernardino, Estudiante de Maestría (CICATA-LEGARIA).

Información relevante:

Realiza su tesis en temas relacionados con este proyecto. Es ingeniero electrónico, con experiencia en programación, automatización de experimentos, electrónica digital y óptica. Participará en el montaje del microscopio.

1. Resumen del proyecto.

El efecto de lente térmica (LT) es causado por la generación de calor después de que la energía de un haz de luz láser de excitación o bombeo ha sido absorbida por una muestra. Este calor produce un cambio de temperatura local y forma un gradiente de índice de refracción que produce una lente de naturaleza térmica. La señal de LT se detecta como el cambio relativo de la intensidad axial de otro haz de luz láser, denominado el haz de prueba. La señal de LT es proporcional al coeficiente de absorción óptica de la muestra examinada. En aplicaciones químicas y analíticas, la espectroscopía de LT es una técnica de detección de alta sensibilidad, ofreciendo límites de detección inferiores a los obtenidos por métodos convencionales como la espectrofotometría, lo que lo hace ideal para la detección de trazas de especies absorbentes en soluciones líquidas. Si la medición se realiza en un área de dimensiones micrométricas, la técnica toma el nombre de microscopía de LT. El objetivo del presente proyecto es desarrollar un prototipo de un microscopio basado en el efecto de LT con haces de bombeo y prueba propagándose coaxialmente y en direcciones contrarias y con una cavidad óptica pasiva integrada que proporciona una regeneración óptica para el paso múltiple del haz láser de prueba para mejorar la sensibilidad. En trabajos preliminares hemos demostrado la posibilidad de usar la técnica de lente térmica combinada con un resonador óptico para lograr una mejora drástica de la señal de lente térmica utilizando muy baja energía del haz de excitación. En la configuración micro-espacial propuesta, los haces de bombeo y de prueba se enfocan en una región de algunos micrómetros cuadrados, por lo que la cantidad de muestra a analizar puede ser muy pequeña. En análisis de muestras de metales pesados en agua se alcanzaron límites de detección en niveles de ppt, es decir, algunos ng/L de la especie contaminante, lo que es equivalente a la detección de algunas pocas moléculas en el volumen de muestra analizado. Esta configuración constituye entonces un dispositivo prometedor, que puede ser una herramienta útil para detectar trazas de elementos químicos en pequeños volúmenes de soluciones, para el análisis bioquímico de toxinas y otros agentes patógenos peligrosos, enzimas, análisis de ADN, etc., así como para aplicaciones de bio-imágenes y microfluídica.  En nuestro grupo de investigación se tienen avances que demuestran la viabilidad del proyecto, mismos que están avalados principalmente por una Tesis de Maestría (Anexo 3) y 5 artículos publicados en revistas JCR (Anexos 4-8). Los avances de una tesis de doctorado a ser defendida el próximo año se han incluido en la tesina elaborada para el examen predoctoral (Anexo 9).

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