Synthesis of nanomaterials by high throughput pulsed-laser based systems: Application in biomedicine and material processing

Abstract

The work developed in this thesis is based on the study of systems for the generation of nanoparticles in liquids by means of pulsed lasers, improving their production and using the generated nanoparticles in applications of great technological relevance such as biomedical imaging or additive manufacturing. For the femtosecond laser production improvement, the novel implementation of a spatio temporal focusing system is proposed which, by varying the temporal pulse duration out-of-focus, suppresses nonlinear effects in the liquid medium and the associated energy losses. For the colloidal size reduction by fragmentation, a continuous flow system is proposed that allows to increase the control over the irradiation parameters while ensuring homogeneous irradiation. Finally, the carbon quantum dots generated are used as fluorescent markers and different metal and oxide nanoparticles are synthesized for their later application as bactericides and in the improvement of materials used in additive manufacturing.

El trabajo desarrollado en esta tesis se basa en el estudio de sistemas de generación de nanopartículas en líquidos mediante láser pulsado, mejorando su producción y empleando los nanomateriales generados en aplicaciones como imagen biomédica o additive manufacturing. Para la mejora en la producción mediante láser de femtosegundo se propone la implementación de un sistema de focalización espacio-temporal que, mediante la variación de la duración temporal de los pulsos fuera de foco, consigue suprimir los efectos no lineales en el medio líquido. Para la mejora en el proceso de reducción del tamaño de coloides, se propone un sistema de flujo continuo que aumenta el control sobre los parámetros de irradiación. Finalmente, los puntos cuánticos de carbono generados se utilizan como marcadores fluorescentes y se sintetizan distintas nanopartículas metálicas y óxidos para su posterior aplicación como bactericidas y en la mejora de materiales utilizados en fabricación aditiva.