Fabrication methods for functional nanoparticles and interdigitated nanoelectrodes

Abstract

Esta tesis presenta el desarrollo de nuevos métodos de nanofabricacion para la preparación de nanopartículas funcionales y electrodos interdigitados. El trabajo incluye el diseño, fabricación y caracterización de diferentes métodos que solucionan algunas de los retos que presenta la nanotechnología hoy en día. Estas estrategias aprovechan las ventajosas propiedades que surgen de las dimensiones nanometricas. En primer lugar, se ha desarrollado un método que facilita el estudio de la conductividad de una única nanopartícula. Este método está basado en la preparación de una plataforma donde se deposita una capa muy fina de un nuevo nanocompuesto. El nanocompuesto está formado de nanocristales embebidos en una resina altamente aislante. Esto facilita la conexión de las nanopartículas usando una punta de AFM mientras estas están aisladas eléctricamente del medio. Se exponen el diseño y optimización de la técnica, además de los resultados preliminares obtenidos de las medidas eléctricas. Además, se han fabricado nanopartículas metálicas mediante litografía por nanoimprint. Esta técnica es un avance en el estado del arte, ya que permite la fabricación de nanoestructuras con una alta relación de aspecto, facilita el liftoff, y proporciona una alternativa para obtener nanopartículas de diferentes tamaños, formas y materiales, incluso combinaciones de estos. También se ha evaluado el comportamiento de las partículas como plasmones de resonancia para su aplicación en sensores LSPR (localized surface plasmon resonance). Se ha presentado el desarrollo de la fabricación y caracterización de nanoelectrodos interdigitados para usar como (bio)sensores, incluyendo la adaptación de métodos de nanolitografía y encapsulados. La caracterización funcional de los nanoelectrodos interdigitados demuestra una mejoría en la selectiva detección de dopamina en presencia de ácido ascórbico debido a la miniaturización de los dispositivos. Los resultados experimentales han sido confirmados mediante simulaciones de elementos finitos. En esta tesis, se ha demostrado que los nuevos métodos desarrollados permiten la fabricación de nanoestructuras y nanodispositivos con nuevas y mejoradas funciones. Además, los métodos presentados pueden ser aplicados a otras áreas como los biosensores, la nano/microelectrónica, medicina o energía.

This thesis presents the development of novel nanofabrication methods for the preparation of functional nanoparticles and interdigitated nanoelectrodes. The work includes the design, fabrication and characterization of different approaches that overcome some of the current challenges in nanotechnology. These approaches take advantage of the enhanced properties that arise from the nanometer scale dimensions. First, a novel method to study the electrical conductivity of single nanoparticles has been developed. This method is based on the preparation of a platform where a thin film of a new nanocomposite is placed. The nanocomposite is composed of nanocrystals embedded in a highly isolating resist. It facilitated the connection of the particles by AFM tip while keeping them electrically isolated from their surroundings. The design and optimization of the method, as well as the preliminary electrical results have been exposed. Moreover, metallic nanoparticles arrays have been fabricated by nanoimprint lithography. This technique is a step forward in the nanoimprint lithography’s state of the art, since allows the fabrication of high aspect ratio nanostructures, facilitates the lift-off, provide alternative to obtain nanoparticles of different size, shapes and materials, and even combination of them. Plasmonic resonance behavior of the particles has also been evaluated for their application as localized surface plasmon resonance (LSPR) sensors. In addition, fabrication and characterization of interdigitated nanoelectrodes to be used as (bio)sensors have been developed, including the adaptation of nanolithography methods and packaging strategies. The functional characterization of the interdigitated nanoelectrodes showed an improvement on the selective detection of dopamine in presence of ascorbic acid resulted from the miniaturization of the devices. The experimental results are correlated to finite element simulations. In this thesis, it is demonstrated that the new developed methods allow fabricating nanostructures and nanodevices with novel and enhanced functionalities. Moreover, the presented methods can be further applied to different areas, such as biosensors, nano/microelectronics, medicine or energy.