Optics, Photonics and Biophotonics

CTB RESEARCH LINE: OPTICS, PHOTONICS AND BIOPHOTONICS

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RESEARCHERS

Principal Investigator: Dr. Miguel Holgado
Senior researchers: Dr. María Fé Laguna, Dr. Rafael Casquel, Dr. Alvaro Lavín
Postdoctoral researchers: Dr. Francisco Javier Sanza
PhD students: Beatriz Santamaría (MSc), Ana L. Hernández (MSc), Mavi Maigler (MSc)
Degree Students: Alba Carrillo Mateo, Sergio Andrés Quintero, Natalia Pajares Chamorro

SUMMARY

The Optics, Photonics and Biohotonics Lab. is especially designed to develop label-free optical In-Vitro Diagnostic Systems, covering the whole value chain from the basic and technological research to the demonstration and prototyping. Moreover, the exploitation of the Research and technological development is conducted through industrial partners and the start-up company Bio Optical Detection set-up for researchers of the research group. Basically, the main activities in the Biophotonics Lab are relating to the designing, fabrication and development of photonic micro-nano structures suitable for being used as biotransducers, where biofunctionalization steps and the packaging of the biochips in in easy-to-use KITs are also developed. Especially relevant are the infrastructures to carry out the immunoassays to obtain the calibration curves of the different bioapplications, most of them based on the detection of proteins, viruses and relevant biomarkers. Finally, the optical characterization of structures and the know-how to fabricate optical read-out system of Biochip-KITs are a key aspect for most of the In-Vitro Detection applications.

Objectives:
The main goal is to develop cost-effective In-Vitro diagnostic systems for relevant bioapplications. To achieve this goal the main research areas are:

• Design and fabrication of transducers based on photonic nano-structures
• Bioreceptors immobilization strategies onto the sensing surface of the transducers to implement biosensors
• Packaging of biosensors into easy-to-use Biochip-KITs
• Development of optical Point-of-care devices based on advanced optical read-out techniques
• Biosensing applications by KITs for: dry-eye biomarkers, allergies and immunology tolerances, infectious diseases, real-time measurements of toxins for aquiculture.

Impact

• Scientific impact:
o Novel Photonic structures as bio-transducers (BICELLs)
o New optical-read-out methodologies for PoC devices
o Relevant biochemical protocols for several bioapplications

• Societal Impact:
o Biochip-KITs for infectious diseases
o High multiplexed KITs for allergens and intolerances
o Biochip-KITs for in-Vitro ophthalmology applications
o Biochips for real-time aquiculture applications

Relevant results
Publications in top-ranked reviews, three patents applications, two of them are already transferred to industry: In concrete, two types PoC devices (a compact and high multiplexed device) based on a novel interferometric method for read-out photonic transducers. Moreover, novel optical interrogation techniques nano-structures are developed with promising results such as those based on networks of resonant nano-pillars or submicrometric ellipsometry and reflectometry. This technology has tested for direct and indirect immunoassays by using small volume of sample in relevant application such as ophthalmological applications among others.

RESEARCH PROJECTS

Desarrollo y validación clínica de un dispositivo para el diagnóstico y seguimiento de las alergias y tolerancias alimentarias (2015-2017). Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)
Development of a biosensor technology for environmental monitoring and disease prevention in aquaculture ensuring food safety (EnviGuard) (2013-2018). Comisión Europea. FP7-OCEAN-2013- 614057
Biochip kits basados en celdas biofotónicas y plataformas avanzadas de interrogación óptica (PLATON) (2013-2015). Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)
Innovación y desarrollo de sistemas portátiles de detección biológica óptica de alta eficiencia (INNBIOD) (2011-2015). Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)
Monitorización en tiempo real de múltiples propiedades de fluidos mediante transductores fotónicos y electromagnéticos (REMO) (2016-2019). REPSOL

 

PUBLICATIONS

Título: Sensitive metal layer-assisted guided-mode resonance SU8 nanopillar array for label-free optical biosensing
Autores: Víctor Canalejas-Tejero, Ana López, Rafael Casquel, Miguel Holgado, and Carlos Angulo Barrios
Revista: Sensors and Actuators B: 2016, 226, 204-210;

Título: Dye-Based Photonic Sensing Systems
Autores: Francisco J. Aparicio, María Alcaire, Agustín R. González-Elipea, Angel Barrancoa, Miguel Holgado, Rafael Casquel, Francisco J. Sanza, Amadeu Griol, Damien Bernier, Fabian Dortu, Santiago Cáceres, Mikael Antelius, Martin Lapisa, Hans Sohlström
Revista: Sensors and Actuators B: 2016, 226, 204-210;

Título: Antigen-Antibody affinity for dry eye biomarkers by label free biosensing. Comparison with ELISA technique
Autores: M.F. Laguna, M. Holgado, A. López, B. Santamaría, A. Lavin, J. Soria, T. Suarez, C. Bardina, M. Jara, F.J. Sanza, R. Casquel
Revista: Sensors 2015, 15, 19819-19829; doi:10.3390/s150819819
Título: Arrays of resonant nano-pillars for biochemical sensing
Autores: Ana L. Hernández, R. Casquel, M. Holgado, I. Cornago, F.J. Sanza, B. Santamaría, M. Maigler, F. Fernández, A. Lavín, M.F. Laguna
Revista: Optics Letter, 40 (2015), 2370-2372
Título: Sub-micrometric reflectometry for localized label-free biosensing
Autores: R. Casquel, J.A. Soler, M. Holgado, A. López, A. Lavín, J. de Vicente, F.J. Sanza, M.F. Laguna, M.J. Bañuls, and R. Puchades
Revista: Optics Express, 23 (2015),
Título: Label-free biosensing by means of BICELLs for dry eye
Autores: MFaría Fe Laguna; Francisco J. Sanza; J. Soria; Mónica Jara; Álvaro Lavín;
Rafael Casquel; A. López; T. Suarez; Miguel Holgado
Revista: Sensors and Actuators B 203 (2014) 209–212
Índice de Impacto: 3,980
Título: Silicon nanopillar arrays with SiO2 overlayer for biosensing application
Autores: B. Dev Choudhury; R. Casquel; M.J. Bañuls; F.J. Sanza; M.F. Laguna; M.
Holgado; R. Puchades; A. Maquieira; C.A. Barrios; S. Anand
Revista: Optical Materials Express, 2014
Índice de Impacto: 2,616
Título: Description of an Advantageous Optical Label-Free Biosensing Interferometric Read-Out Method to Measure Biological Species
Autores: Holgado, M.; Sanza, F.J.; López, A.; Lavín, A.; Casquel, R.; Laguna, M.F.
Revista: Sensors 2014, 14, 3675-3689
Índice de Impacto: 2,394
Título: Optimization of Dengue Immunoassay by Label-Free Interferometric Optical Detection Method
Autores: Laguna, M.F.; Holgado, M.; Sanza, F.J.; Lavín, A.; López, A.; Casquel, R.
Revista: Sensors 2014, 14, 6695-6700.
Índice de Impacto: 2,394
Título: Development of a versatile biotinylated material based on SU-8
Autores: Francisco J. Ortega, María-Jose ́ Bañuls, Francisco J. Sanza, María F. Laguna, Miguel Holgado, Rafael Casquel, Carlos A. Barrios, David López-Romero, Ángel Maquieira and Rosa Puchades.
Revista: Journal of Material Chemistry B, 1 (2013) 2750-2756
Índice de Impacto: 5,970
Título: Efficient design and optimization of bio-photonic sensing cells (BICELLs) for label free biosensing
Autores: Álvaro Lavín, Rafael Casquel, Francisco J. Sanza, María Fé Laguna, Miguel Holgado.
Revista: Sensors and Actuators B 176 (2013) 753–760
Índice de Impacto: 3,9878. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 1 de 26. Tercil: T1
Título: Bio-Photonic Sensing Cells over transparent substrates for anti-gestrinone antibodies biosensing
Autores: F.J. Sanza, M. Holgado, F.J. Ortega, R. Casquel, D. López-Romero, M.F. Laguna, M.J. Bañuls, C.A. Barrios, R. Puchades, A. Maquieira.
Revista: Biosensors and Bioelectronics 26 (2011) 4842–4847
Índice de Impacto: 5,361. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 1 de 26. Tercil: T1
Título: Transparent nanometric organic luminescent films as UV active components in photonic structures
Autores: F.J. Aparicio, M. Holgado, I. Blaszczyk-Lezak, A. Borras, A. Griol, C.A. Barrios, R. Casquel, F.J. Sanza, H. Sohlström, M. Antelius, A.R. González-Elipe, A. Barranco.
Revista: Advanced Materials 23 (2011) 761-765
Índice de Impacto: 8,379. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 4 de 121. Tercil: T1
Título: UV laser-induced high resolution cleaving of Si wafers for micro-nano devices and polymeric waveguide characterization
Autores: R. Casquel, M. Holgado, J.J. García-Ballesteros, K. Zinoviev, C. Fernández-Sánchez, F.J. Sanza, C. Molpeceres, M.F. Laguna, A. Llobera, J.L. Ocaña, C. Domínguez
Revista: Applied Surface Science 257 (2011) 5424 – 54248
Índice de Impacto: 2.103. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 6 de 17. Tercil: T2
Título: Cost-effective SU-8 micro-structures by DUV excimer laser lithography for label-free biosensing
Autores: F.J. Sanza, R. Casquel, M.F. Laguna, M. Holgado, C.A. Barrios, F.J. Ortega M.J. Bañuls, D. López-Romero, R. Puchades, A. Maquieira
Revista: Applied Surface Science 257 (2011) 5403 – 5407
Índice de Impacto: 2.103. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 6 de 17. Tercil: T2
Título: Study of the refractive index change in a-Si:H thin films patterned by 532 nm laser radiation for photovoltaic applications
Autores: M. Colina, C. Molpeceres, M. Holgado, J. Gandia, O. Nos, J.L. Ocaña,
Revista: Thin Solid Film 518 (2010) 5331- 5339
Índice de Impacto: 1,727. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 4 de 17. Tercil: T1
Título: Label-free biosensing by means of periodic lattices of high aspect ratio SU8 nano-pillarss
Autores: M. Holgado, C.A. Barrios, F.J. Ortega, F.J. Sanza, R. Casquel, M.F. Laguna, M.J. Bañuls, D. López-Romero, R. Puchades, A. Maquieira
Revista: Biosensors and Bioelectronics 25 (2010) 2553–2558
Índice de Impacto: 5,429. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 2 de 70. Tercil: T1
Título: High aspect-ratio SU-8 resist nano-pillar lattice by e-beam direct writing and its application for liquid trapping
Autores: David Lopez-Romero; Carlos Angulo Barrios, Miguel Holgado, Maria Fe Laguna, Rafael Casquel
Revista: Microelectronic Engineering 87 (2010) 663–667
Índice de Impacto: 1,488. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 74 de 246. Tercil: T1
Título: Analysis of plasma thermal surface effects on the residual stress field induced by LSP in Al2024-t351
Autores: M. Morales, J. A. Porro, C. Molpeceres, M. Holgado, J. L. Ocaña
Revista: Journal of optoelectronics and advanced materials 12 (2010) 718-722
Índice de Impacto: 0,433. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 175 de 214. Tercil: T3
Título: Simultaneous reflectivity, ellipsometry and spectrometry measurements in submicron structures for Liquid sensing
Autores: M. Holgado, R. Casquel, M. Morales, C. Molpeceres, J.L. Ocaña
Revista: Sensor Letters 6 (2008) 564-569
Índice de Impacto: 1,160. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 24 de 56. Tercil: T2
Título: Reconfiguration of microring resonators by liquid adhesion
Autores: C.A. Barrios, M. Holgado, O. Guarneros, K.B. Gylfason,3 B. Sánchez, R. Casquel and H. Sohlström
Revista: Applied Physics Letters 93 (2008) 203114-203117
Índice de Impacto: 3,726. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 10 de 95. Tercil: T1
Título: Label-free optical biosensing with slot-waveguides
Autores: Carlos A. Barrios, María José Bañuls, Victoria González-Pedro, Kristinn B. Gylfason, Benito Sánchez, Amadeu Griol, A. Maquieira, H. Sohlström, M. Holgado, R. Casquel
Revista: Optics Letters 33 (2008) 708-710
Índice de Impacto: 3,772. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 4 de 64. Tercil: T1
Título: Slot-waveguide biochemical sensor
Autores: Carlos A. Barrios, Kristinn B. Gylfason, B. Sánchez, Amadeu Griol, H. Sohlstrom, M. Holgado, R. Casquel
Revista: Optics Letters 32 (2007) 3080-3082
Índice de Impacto: 3,711. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 1 de 64. Tercil: T1
Título: Optical characterization of extremely small volumes of liquid in sub-micro-holes by simultaneous reflectivity, ellipsometry and spectrometry
Autores: M. Holgado, R. Casquel, M. Morales, C. Molpeceres, J.L. Ocaña
Revista: Optics Express 15 (2007) 13318-13329
Índice de Impacto: 3,709. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 2 de 64. Tercil: T1
Título: Demonstration of Slot-waveguide structures on silicon nitride / silicon platform
Autores: Carlos A. Barrios, B. Sánchez, K. B. Gylfason, A. Griol, H. Sohlstrom, M. Holgado, R. Casquel
Revista: Optics Express 15 (2007) 6846-6856
Índice de Impacto: 3,709. Lugar que ocupa la revista en la categoría: 2 de 64. Tercil: T1

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