Theoretical and experimental study of an integrated opto-magnetic platform for biosensing

Over the past decades, biosensors have progressively established as one of the most promising technologies for future biochemical analyses. Their particular and unique features offer the possibility to perform simple, fast and inexpensive tests for utilization in several fields, ranging from the biomedical area to agri-food in-dustry, up to issues related to defence and security. The efforts spent in the re-search in the field of biosensing, also due to a boost from the advances in micro- and nanofabrications, led to the development of a great number of different concepts. Nevertheless, the research in this area is still an open issue, and it rap-idly moves towards the implementation of increasingly compact and performing devices. Within this framework, the work presented in this thesis aimed at the develop-ment and validation of a biosensing platform based on an innovative combined use of integrated optical sensing devices and nanosized magnetic markers. This platform was conceived as a suitable alternative to some of the most common optical biosensing techniques, by keeping principal advantages associated to them, but with enhanced performances, especially in terms of duration of the as-say. This thesis is mainly focused on the theoretical and experimental study of the mechanisms involved in the opto-magnetic biosensing process, in order to gain an higher control over the platform and optimize its performance.

Gli ultimi decenni hanno visto una progressiva affermazione dei biosensori come una delle tecnologie più promettenti per il futuro delle analisi biochimiche. Le lo-ro caratteristiche particolari ed uniche offrono la possibilità di effettuare test semplici, veloci e poco costosi utili in molti campi, che vanno dal settore biome-dicale, all’industria agro-alimentare, fino a toccare questioni legate a sicurezza e controllo. Gli sforzi spesi nella ricerca nel campo del biosensing, grazie anche all’impulso dato dai progressi nelle micro- e nanofabbricazioni, hanno portato al-lo sviluppo di molti concept diversi. Ma la ricerca in questo campo è tuttora una questione aperta, e si muove velocemente verso lo sviluppo di dispositivi sempre più compatti e performanti. In questo contesto, il lavoro presentato in questa tesi ha avuto come obiettivo lo sviluppo e validazione di una piattaforma per biosensing basata su un innovativo uso combinato di dispositivi ottici integrati per biosensing e markers magnetici di dimensioni nanometriche. La piattaforma è stata concepita come una possibile alternativa alle tecniche di biosensing più diffuse, di cui vuole mantenere i prin-cipali vantaggi, ma con prestazioni migliorate, specialmente in termini di durata del test. La tesi si concentra soprattutto sullo studio teorico e attraverso test spe-rimentali dei meccanismi coinvolti nel processo di biosensing opto-magnetico, al fine di ottenere un maggior controllo sulla piattaforma e ottimizzarne le presta-zioni.