Orientador: Nilton Nobuhiro Imai / Abstract: The acquisition of data using Remote Sensing and in-situ sampling allows several data sources to be integrated for the analysis and observations of environmental characteristics and may require computational methods to support the data processing, exploration and analysis. The need to integrate data from different sources is highlighted in studies of dynamic and complex environments that frequently change, such as hydroelectric reservoirs. Reservoirs are artificial ecosystems, which influence directly the regional characteristics, mainly because of their multipurpose use. The interactions of the electromagnetic energy with the optically active components occur along the entire water column, so that the behavior of the light field reflects the changes applied along the entire euphotic zone. However, the values taken from images are used accordingly to a plane and associated with the respective point or area of surface. The calibration of bio-optical models considering only the surface sampling data can not deliver fully effective results because the electromagnetic radiation interacts with the components located along the water column and the response captured by the sensors does not only represent the value associated with the surface. Considering this scenario, this work proposes an investigation on the influence of the vertical distribution of the optical properties along the water column, in order to contemplate records about the interaction in different levels of depth, b... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: A aquisição de dados por meio da combinação de Sensoriamento Remoto e amostragens in-situ permite que várias fontes de dados sejam integradas para a análise e observação de características do alvo de interesse e pode exigir métodos computacionais para apoiar o processamento, exploração e análise de dados. A necessidade de integrar dados de diferentes fontes é destacada em estudos de ambientes dinâmicos e complexos que se alteram frequentemente, como os reservatórios hidrelétricos. Os reservatórios são ecossistemas artificiais, que influenciam diretamente nas características regionais, principalmente devido ao seu uso múltiplo uso. As interações da energia eletromagnética com os componentes opticamente ativos ocorrem ao longo de toda a coluna d’água, de modo que o comportamento do campo de luz reflete as mudanças aplicadas ao longo da zona eufótica. No entanto, as grandezas registradas nas imagens são usados de acordo com o plano e limitadas ao respectivo ponto ou área da superfície. A calibração de modelos bio-ópticos, considerando apenas os dados de amostragem da superfície, pode não fornecer resultados totalmente eficazes, porque a radiação eletromagnética interage com os componentes localizados ao longo da coluna de água e, consequentemente, a resposta capturada pelos sensores não representa apenas o valor associado à superfície. Este trabalho propõe uma investigação sobre a influência da distribuição vertical das propriedades ópticas ao longo da coluna d’água, a fim de co... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Concluypo enmbargo. / Solicitud de envío manuscrito de artículo científico. / El presente trabajo propone un dispositivo electrónico portátil que, acoplado a un microscopio óptico convencional, pueda capturar una imagen microscópica de la fibra óptica y emita un juicio si el conector se encuentra en un estado de limpieza aceptable o no. Asimismo, mediante reportes de trabajo y usando normas internacionales, evaluar los conectores para que formen parte de una base de datos histórica que aporte a los mantenimientos preventivos de una red. Si bien en la actualidad se tienen soluciones tecnológicas parecidas, estas tienen como gran desventaja el alto costo que implica adquirir uno de estos equipos, desanimando a los operadores optar por este importante equipo. Ingenierilmente, esta propuesta será posible mediante el desarrollo de un algoritmo que procese las imágenes capturadas con el uso de diversas herramientas de procesamiento de imágenes como la binarización, transformada de Hough, algoritmo de Canny, escala de grises y ecualización de imágenes, que, montado sobre un hardware basado en un computador de placa reducida, entregará una evaluación del conector de fibra óptica y un reporte descargable que sirve como documentación del trabajo realizado. Dentro de este contexto, los resultados obtenidos son favorables para una utilización en campo, para llegar a esto se tuvo como como variable de calidad el índice de Kappa Cohen, en el cual se demuestra la alta tasa de coincidencia entre las evaluaciones del equipo y la evaluación de ingenieros expertos. / The present work proposes a portable electronic device that, coupled with a conventional optical microscope, can capture a microscopic image of the optical fiber and emit a judgment if the connector is in an optimal cleaning state or not. Likewise, through reports and using international standards, evaluate the connectors so that can be part of a source of database that contributes to the preventive maintenance of a network. Although similar technological solutions are currently available, these have the great disadvantage of the high cost of acquiring one of this equipment, discouraging operators from opting for this important procedure. Engineeringfully, this proposal will be possible through the development of an algorithm that processes the captured images with the use of various image processing tools such as binarization, Hough transform, Canny algorithm, grayscale and image equalization, which, mounted on a hardware based on a reduced plate computer, it will provide an evaluation of the fiber optic connector and a downloadable report that serves as documentation of the work done. Within this context, the results obtained are favorable for a field use, to achieve this, the Kappa Cohen index was used as a quality variable, which demonstrates the high rate of coincidence between the evaluations of the equipment and the Evaluation of expert engineers. / Tesis

Tesis por compendio de artículos donde se realizó un estudio observacional, prospectivo donde se incluyeron 450 ojos que se han sometido una cirugía de la catarata a los cuales posteriormente se realizaron varias mediciones con un biómetro de reflectometría óptica de baja coherencia. Los objetivos fueron: en primero lugar valorar la consistencia de las medidas anatómicas, posteriormente caracterizar la posición de dos tipos de lentes intraoculares, definir un modelo de predicción y por último optimizar las fórmulas para el cálculo de la lente intraocular teniendo en cuenta el algoritmo de predicción. En conclusión, se ha observado que el biómetro proporciona mediciones anatómicas consistentes en ojos pseudofáquicos implantados con las dos lentes del estudio. Igualmente fue evidente que los cambios en la longitud axial tras la cirugía de cataratas pueden explicar el nivel de error en la predictibilidad refractiva obtenido mediante la fórmula de vergencia SRK-T. Con esto hemos podido definir una fórmula de estimación de la ELP para la fórmula SRK-T. Por último, los cambios en la refracción entre los meses 1 a 6 no están relacionados con la inestabilidad posicional de la LIO ni con los cambios en la longitud axial adicionales.

En este proyecto, se llevó a cabo un estudio con el objetivo de desarrollar un sistema de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) diseñado para identificar y almacenar la información de las boletas de pago de docentes en la UGEL Ferreñafe. Esto se debió a la necesidad de agilizar la búsqueda de boletas en formato físico, un proceso que, en ocasiones, podía llevar semanas y requerir la contratación de personal adicional. Esta problemática impulsó la búsqueda de una solución eficaz y rentable. Siguiendo las metodologías SCRUM y CRISP-DM, se optó por utilizar Redes Neuronales (RN) como la técnica principal. Esta elección se basó en investigaciones previas y tendencias identificadas en Google Trends. El objetivo fundamental era alcanzar un porcentaje de error bajo en la tasa de caracteres reconocidos, y se logró un hito significativo del 1.8%, a pesar de la degradación de la tinta en muchas boletas debido al paso del tiempo. Para evaluar la usabilidad del sistema, se aplicó la escala SUS (System Usability Scale), y el sistema obtuvo una puntuación de 80, superando las expectativas iniciales. Esto resalta la alta usabilidad y satisfacción de los usuarios finales con la aplicación desarrollada. / In this project, a study was carried out with the objective of developing an optical character recognition (OCR) system designed to identify and store information from teacher pay slips at UGEL Ferreñafe. This was due to the need to expedite the search for physical ballots, a process that could sometimes take weeks and require the hiring of additional staff. This problem prompted the search for an effective and profitable solution. Following the SCRUM and CRISP-DM methodologies, it was decided to use Neural Networks (RN) as the main technique. This choice was based on previous research and trends identified in Google Trends. The fundamental objective was to achieve a low error rate in the rate of recognized characters, and a significant milestone of 1.8% was achieved, despite the degradation of the ink on many ballots due to the passage of time. To evaluate the usability of the system, the SUS scale (System Usability Scale) was applied, and the system obtained a score of 80, exceeding initial expectations. This highlights the high usability and satisfaction of end users with the developed application.

La denominada sociedad de la información en la que nos encontramos actualmente ha sido posible gracias a la revolución tecnológica derivada del desarrollo espectacular de la microelectrónica desde hace poco más de medio siglo. Desde la aparición del transistor como componente básico la evolución tecnológica ha seguido una trayectoria de miniaturización considerable. El número de componentes que pueden ser insertados en un chip se ha doblado cada 18 meses según las predicciones que en los años setenta realizó G. Moore. En la actualidad se ha llegado a una frontera tecnológica de escala nanométrica donde se han originado graves problemas, derivados de la alta integración, que han frenado este ritmo de evolución. Con vistas a la superación de los problemas surgidos en la microelectrónica se ha venido proponiendo el empleo de los fotones, más rápidos y con menos disipación de energía, para continuar el desarrollo tecnológico. Avances en esta dirección favorecerían el desarrollo de las redes ópticas dentro del campo de las telecomunicaciones al dotarlas de funcionalidades que permitan eliminar los "cuellos de botella" generados en los conversores optoelectrónicos. Además hay otros campos de investigación que se verían beneficiados como por ejemplo la computación o los sensores fotónicos. Surge un complejo y vasto campo conocido como la Nanofotónica. En esta tesis se estudian los cristales fotónicos planares como una de las tecnologías incluidas dentro del campo de la Nanofotónica. Concretamente se estudia la implementación de un acoplador direccional en cristales fotónicos. Esta estructura es básica en todo tipo de aplicaciones ya que permite la implementación de funcionalidades básicas tan importantes como son los divisores de potencia, multiplexores y demultiplexores, interferómetros Mach-Zehnder o incluso conmutadores. A lo largo de toda la tesis se abordan temas que van desde el modelado de las estructuras de cristal fotónico y el diseño teórico del acoplador direcci / Cuesta Soto, F. (2007). El acoplador direccional en cristales fotónicos planares [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2004

En esta tesis doctoral se presenta un sistema de conmutación de paquetes ópticos concebido como plataforma física para la siguiente generación de redes de datos denominada Internet Óptico. Las discusiones y demostraciones presentadas en esta tesis incluyen una descripción completa del diseño del nodo además de la integración de los sistemas opto-electrónicos y fotónicos que conforman un elemento viable de red, un nodo de conmutación de paquetes ópticos. En este contexto, el paradigma de la conmutación o intercambio de etiquetas ópticas permite la realización de una plataforma multi-servicio unificada que ofrece una utilización ágil y efectiva del ancho de banda disponible para el soporte de comunicaciones de voz, datos y servicios multimedia transportados en paquetes IP. En general, los nodos de conmutación de paquetes ópticos con intercambio de etiqueta que incluyen estructuras de conmutación y encaminamiento por longitud de onda además de un procesamiento en paralelo de las etiquetas permiten la conmutación de paquetes asíncronos de tamaño variable, ráfagas de paquetes y conexiones de conmutación de circuitos ópticos. Por otro lado, la explotación de los dominios de longitud de onda, tiempo y espacio permiten resolver los eventos de colisión de paquetes presentes en los nodos de la red sin recurrir a las técnicas de almacenamiento y envío presentes en los routers convencionales electrónicos, los cuales llevan asociados grandes requerimientos de capacidad de memoria. En esta tesis, además de las características mencionadas anteriormente, se han demostrado dos arquitecturas que permiten resolver las colisiones en el nodo además de un esquema de conformación de tráfico que permite regular la transmisión de los paquetes y crear clases equivalentes de tráfico con la posibilidad de incorporar prioridad a cada uno de ellos y realizar encaminamiento basado en prioridades. Junto con las demostraciones experimentales de estas características, se presentan los resultados obt / Puerto Leguizamón, GA. (2008). Redes de conmutación de paquetes ópticos basadas en el intercambio de etiquetas multiplexadas por subportadora [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8305

Tesis por compendio / [ES] La medicina actual se dirige hacia un enfoque más personalizado basándose en el diagnóstico molecular del paciente a través del estudio de biomarcadores específicos. Aplicando este principio molecular, el diagnóstico, pronóstico y selección de la terapia se apoyan en la identificación de variaciones específicas del genoma humano, como variaciones de un único nucleótido (SNV). Para detectar estos biomarcadores se dispone de una amplia oferta de tecnologías. Sin embargo, muchos de los métodos en uso presentan limitaciones como un elevado coste, complejidad, tiempos de análisis largos o requieren de personal y equipamiento especializado, lo que imposibilita su incorporación masiva en la mayoría de los sistemas sanitarios. Por tanto, existe la necesidad de investigar y desarrollar soluciones analíticas que aporten información sobre las variantes genéticas y que se puedan implementar en diferentes escenarios del ámbito de la salud con prestaciones competitivas y económicamente viables. El objetivo principal de esta tesis ha sido desarrollar estrategias innovadoras para resolver el reto de la detección múltiple de variantes genéticas que se encuentran en forma minoritaria en muestras biológicas de pacientes, cubriendo las demandas asociadas al entorno clínico. Las tareas de investigación se centraron en la combinación de reacciones de discriminación alélica con amplificación selectiva de DNA y el desarrollo de sistemas ópticos de detección versátiles. Con el fin de atender el amplio abanico de necesidades, en el primer capítulo, se presentan resultados que mejoran las prestaciones analíticas de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) mediante la incorporación de una etapa al termociclado y de un agente bloqueante amplificando selectivamente las variantes minoritarias que fueron monitorizadas mediante fluorescencia a tiempo real. En el segundo capítulo, se logró la discriminación alélica combinando la ligación de oligonucleótidos con la amplificación de la recombinasa polimerasa (RPA), que al operar a temperatura constante permitió una detección tipo point-of-care (POC). La identificación de SNV se llevó a cabo mediante hibridación en formato micromatriz, utilizando la tecnología Blu-Ray como plataforma de ensayo y detección. En el tercer capítulo, se integró la RPA con la reacción de hibridación alelo especifica en cadena (AS-HCR), en formato array para genotipar SNV a partir de DNA genómico en un chip. La lectura de los resultados se realizó mediante un smartphone. En el último capítulo, se presenta la síntesis de un nuevo reactivo bioluminiscente que se aplicó a la monitorización de biomarcadores de DNA a tiempo real y final de la RPA basada en la transferencia de energía de resonancia de bioluminiscencia (BRET), eliminando la necesidad de una fuente de excitación. Todas las estrategias permitieron un reconocimiento especifico de la variante de interés, incluso en muestras que contenían tan solo 20 copias de DNA genómico diana. Se consiguieron resultados sensibles (límite de detección 0.5% variante/total), reproducibles (desviación estándar relativa < 19%), de manera sencilla (3 etapas o menos), rápida (tiempos cortos de 30-200 min) y permitiendo el análisis simultaneo de varios genes. Como prueba de concepto, estas estrategias se aplicaron a la detección e identificación en muestras clínicas de biomarcadores asociados a cáncer colorrectal y enfermedades cardiológicas. Los resultados se validaron por comparación con los métodos de referencia NGS y PCR, comprobándose que se mejoraban los requerimientos técnicos y la relación coste-eficacia. En conclusión, las investigaciones llevadas a cabo posibilitaron desarrollar herramientas de genotipado con propiedades analíticas competitivas y versátiles, aplicables a diferentes escenarios sanitarios, desde hospitales a entornos con pocos recursos. Estos resultados son prometedores al dar respuesta a la demanda de tecnologías alternativas para el diagnóstico molecular personalizado. / [CA] La medicina actual es dirigeix cap a un enfocament més personalitzat basant-se en el diagnòstic molecular del pacient a través de l'estudi de biomarcadors específics. Aplicant aquest principi molecular, el diagnòstic, pronòstic i selecció de la teràpia es recolzen en la identificació de variacions específiques del genoma humà, com variacions d'un únic nucleòtid (SNV). Per a detectar aquests biomarcadors, es disposa d'una àmplia oferta de tecnologies. No obstant això, molts dels mètodes en ús presenten limitacions com un elevat cost, complexitat, temps d'anàlisis llargues o requereixen de personal i equipament especialitzat, la qual cosa impossibilita la seua incorporació massiva en la majoria dels sistemes sanitaris. Per tant, existeix la necessitat d'investigar i desenvolupar solucions analítiques que aporten informació sobre les variants genètiques i que es puguen implementar en diferents escenaris de l'àmbit de la salut amb prestacions competitives i econòmicament viables. L'objectiu principal d'aquesta tesi ha sigut desenvolupar estratègies innovadores per a resoldre el repte de la detecció múltiple de variants genètiques que es troben en forma minoritària en mostres biològiques de pacients, cobrint les demandes associades a l'entorn clínic. Les tasques d'investigació es van centrar en la combinació de reaccions de discriminació al·lèlica amb amplificació selectiva de DNA i al desenvolupament de sistemes òptics de detecció versàtils. Amb la finalitat d'atendre l'ampli ventall de necessitats, en el primer capítol, es presenten resultats que milloren les prestacions analítiques de la reacció en cadena de la polimerasa (PCR) mitjançant la incorporació d'una etapa al termociclat i d'un agent bloquejant amplificant selectivament les variants minoritàries que van ser monitoritzades mitjançant fluorescència a temps real. En el segon capítol, es va aconseguir la discriminació al·lèlica combinant el lligament d'oligonucleòtids amb l'amplificació de la recombinasa polimerasa (RPA), que en operar a temperatura constant va permetre una detecció tipus point-of-care (POC). La identificació de SNV es va dur a terme mitjançant hibridació en format micromatriu, utilitzant la tecnologia Blu-Ray com a plataforma d'assaig i detecció. En el tercer capítol, es va integrar la RPA amb la reacció d'hibridació al·lel específica en cadena (AS-HCR), en format matriu per a genotipar SNV a partir de DNA genòmic en un xip. La lectura dels resultats es va realitzar mitjançant un telèfon intel·ligent. En l'últim capítol, es presenta la síntesi d'un nou reactiu bioluminescent que es va aplicar al monitoratge de biomarcadors de DNA a temps real i final de la RPA basada en la transferència d'energia de ressonància de bioluminescència (BRET), eliminant la necessitat d'una font d'excitació. Totes les estratègies van permetre un reconeixement específic de la variant d'interès, fins i tot en mostres que només contenien 20 còpies de DNA genòmic diana. Es van aconseguir resultats sensibles (límit de detecció 0.5% variant/total), reproduïbles (desviació estàndard relativa < 19%), de manera senzilla (3 etapes o menys), ràpida (temps curts de 30-200 min) i permetent l'anàlisi simultània de diversos gens. Com a prova de concepte, aquestes estratègies es van aplicar a la detecció i identificació en mostres clíniques de biomarcadors associats a càncer colorectal i a malalties cardiològiques. Els resultats es van validar per comparació amb els mètodes de referència NGS i PCR, comprovant-se que es milloraven els requeriments tècnics i la relació cost-eficàcia. En conclusió, les investigacions dutes a terme van possibilitar desenvolupar eines de genotipat amb propietats analítiques competitives i versàtils, aplicables a diferents escenaris sanitaris, des d'hospitals a entorns amb pocs recursos. Aquests resultats són prometedors en donar resposta a la demanda de tecnologies alternatives per al diagnòstic molecular personalitzat. / [EN] Current medicine is moving towards a more personalized approach based on the patients' molecular diagnosis through the study of specific biomarkers. Diagnosis, prognosis and therapy selection, applying this molecular principle, rely on identifying specific variations in the human genome, such as single nucleotide variations (SNV). A wide range of technologies is available to detect these biomarkers. However, many of the employed methods have limitations such as high cost, complexity, long analysis times, or requiring specialized personnel and equipment, making their massive incorporation in most healthcare systems impossible. Therefore, there is a need to research and develop analytical solutions that provide information on genetic variants that can be implemented in different health scenarios with competitive and economically feasible performances. The main objective of this thesis has been to develop innovative strategies to solve the challenge of multiple detection of genetic variants that are found in a minority amount in patient samples, covering the demands associated with the clinical setting. Research tasks focused on the combination of allelic discrimination reactions with selective DNA amplification and the development of versatile optical detection systems. In order to meet the wide range of needs, in the first chapter, the analytical performances of the polymerase chain reaction (PCR) were improved by incorporating a thermocycling step and a blocking agent to amplify selectively minority variants that were monitored by real-time fluorescence. In the second chapter, allelic discrimination was achieved by combining oligonucleotide ligation with recombinase polymerase amplification (RPA), which operates at a constant temperature, allowing point-of-care (POC) detection. SNV identification was carried out by hybridization in microarray format, using Blu-Ray technology as the assay platform and detector. RPA was integrated with allele-specific hybridization chain reaction (AS-HCR), in an array format to genotype SNV from genomic DNA on a chip in the third chapter. The reading of the results was performed using a smartphone. In the last chapter, a new bioluminescent reagent was synthesized. It was applied to real-time and endpoint DNA biomarker monitoring based on bioluminescence resonance energy transfer (BRET), eliminating the need for an excitation source. All the strategies allowed specific recognition of the target variant, even in samples containing as few as 20 copies of target genomic DNA. Sensitive (limit of detection 0.5% variant/total), reproducible (relative standard deviation < 19%), simple (3 steps or less), fast (short times of 30-200 min) results were achieved, allowing simultaneous analysis of several genes. As proof of concept, these strategies were applied to detect and identify biomarkers associated with colorectal cancer and cardiological diseases in clinical samples. The results were validated by comparison with reference methods such as NGS and PCR, proving that the technical requirements and cost-effectiveness were improved. In conclusion, the developed research made it possible to develop genotyping tools with competitive analytical properties and versatile, applicable to different healthcare scenarios, from hospitals to limited-resource environments. These results are promising since they respond to the demand for alternative technologies for personalized molecular diagnostics. / The authors acknowledge the financial support received from the Generalitat Valenciana PROMETEO/2020/094, GRISOLIA/2014/024 PhD Grant and GVA-FPI-2017 PhD grant, the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness MINECO projects CTQ2016-75749-R and PID2019-110713RB-I00 and European Regional Development Fund (ERDF). / Lázaro Zaragozá, A. (2022). Study of Strategies for Genetic Variant Discrimination and Detection by Optosensing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185216 / Compendio

Actualmente en el Perú no se presta mucha importancia hacia lo que es la preservación de la documentación y menos aun cuando se trata de archivos de décadas pasadas tales como archivos magnéticos (VHS, casetes, discos duros), material fílmico (fotografías analógicas, archivos de películas) o hasta formatos más recientes como lo son los medios ópticos (CDs, DVDs, Blu-Ray). El presente trabajo busca definir los parámetros que afectan en el deterioro de estos archivos y a partir de ello, comparar las condiciones ambientales óptimas que favorecen a una adecuada preservación de cada medio de almacenamiento. En primer lugar, se describirá el principio de funcionamiento de cada tipo de archivo/documentación, a partir del cual se podrá explicar cómo es que este podría verse afectado negativamente por el ambiente que lo rodea. Se mencionará cuál es la interacción del ambiente con el medio de almacenamiento y cómo es que este afecta a sus propiedades físicas como químicas acelerando así su deterioro. Después de ello, se listarán aquellos parámetros que son los responsables de los distintos mecanismos de deterioro presentados y se definirán los rangos de valores adecuados de estas variables para la óptima preservación de estos archivos y lograr alargar el tiempo de vida de ellos. A su vez, se hará una comparativa de los rangos óptimos de los parámetros de cada medio para verificar si podrían almacenarse conjuntamente. Finalmente se recomendarán valores de estos parámetros de acuerdo a diferentes contextos como lo son: Las condiciones ambientales externas, si se desea una preservación a mediano plazo o a largo plazo, si la preservación se desea lograr a nivel de institución o a nivel doméstico.

[ES] Los biosensores son dispositivos analíticos con aplicabilidad en diferentes campos y con numerosas ventajas frente a otros métodos analíticos convencionales, como son el uso de pequeños volúmenes de muestra y reactivos, su sensibilidad y su rápida respuesta, sin necesidad de pretratamiento de la muestra, equipos caros o personal especializado. Sin embargo, se trata de un campo de investigación relativamente nuevo en el que todavía queda mucho camino por andar. Esta Tesis doctoral pretende aportar un granito de arena a este campo de conocimiento mediante el estudio del potencial de diferentes materiales porosos como transductores para el desarrollo de biosensores ópticos con respuesta en tiempo real y sin marcajes. Los materiales propuestos van desde aquellos artificialmente sintetizados, como silicio poroso (SiP), nanofibras (NFs) poliméricas o membranas poliméricas comerciales, hasta materiales naturales con propiedades fotónicas que todavía no habían sido explotadas para el sensado, como son los exoesqueletos de biosílice de diatomeas. Todos ellos tienen en común la simplicidad en su obtención, evitando costosos y laboriosos procesos de nanofabricación. Para su estudio, se analizará su respuesta óptica y, en aquellos casos en los que ésta permita llevar a cabo experimentos de detección, se desarrollarán estrategias para su biofuncionalización y su implementación en experimentos de biosensado. En el caso del SiP y las NFs se han optimizado los parámetros de fabricación para obtener una respuesta óptica adecuada que permita su interrogación. A continuación, se ha llevado a cabo su biofuncionalización empleando métodos covalentes y no covalentes, así como diferentes bioreceptores (aptámeros de ADN y anticuerpos) para estudiar su potencial y sus limitaciones como biosensores. En el caso de las membranas comerciales y el exoesqueleto de sílice de diatomeas, se ha caracterizado su respuesta óptica y se han llevado a cabo experimentos de sensado de índice de refracción para estudiar su sensibilidad. Así mismo, se ha desarrollado un método de funcionalización de la superficie del exoesqueleto de diatomeas basado en el uso de polielectrolitos catiónicos. Como resultado, se ha demostrado el potencial tanto de NFs para el desarrollo de biosensores, como el de membranas comerciales para sensores cuya aplicación no requiera una elevada sensibilidad pero sí un bajo coste. Además, se ha puesto de manifiesto el gran potencial del exoesqueleto de diatomeas para el desarrollo de sensores basados en su respuesta óptica. Por el contrario, las limitaciones encontradas en el desarrollo de biosensores basados en SiP han evidenciado la necesidad de un estudio riguroso y la optimización de la estructura de materiales porosos previamente a ser usados en (bio)sensado. / [CA] Els biosensors són dispositius analítics amb aplicabilitat en diferents camps i amb nombrosos avantatges enfront d'altres mètodes analítics convencionals, com són l'ús de xicotets volums de mostra i reactius, la seua sensibilitat i la seua ràpida resposta, sense necessitat de pretractament de la mostra, equips cars o personal especialitzat. No obstant això, es tracta d'un camp d'investigació relativament nou en el qual encara queda molt camí per fer. Aquesta Tesi doctoral pretén aportar el seu òbol a aquest camp de coneixement mitjançant l'estudi del potencial de diferents materials porosos com a transductors per al desenvolupament de biosensors òptics amb resposta en temps real i sense marcatges. Els materials proposats van des d'aquells artificialment sintetitzats, com a silici porós (SiP), nanofibras (NFs) polimèriques o membranes polimèriques comercials, fins a materials naturals amb propietats fotòniques que encara no havien sigut explotades per al sensat, com són els exoesquelets de biosílice de diatomees. Tots ells tenen en comú la simplicitat en la seua obtenció, evitant costosos i laboriosos processos de nanofabricació. Per al seu estudi, s'analitzarà la seua resposta òptica i, en aquells casos en els quals aquesta permeta dur a terme experiments de detecció, es desenvoluparan estratègies per a la seua biofuncionalizació i la seua implementació en experiments de biosensat. En el cas del SiP i les NFs s'han optimitzat els paràmetres de fabricació per a obtenir una resposta òptica adequada que permeta la seua interrogació. A continuació, s'ha dut a terme la seua biofuncionalizació emprant mètodes covalents i no covalents, així com diferents bioreceptors (aptàmers d'ADN i anticossos) per a estudiar el seu potencial i les seues limitacions com a biosensors. En el cas de les membranes comercials i l'exoesquelet de sílice de diatomees, s'ha caracteritzat la seua resposta òptica i s'han dut a terme experiments de sensat d'índex de refracció per a estudiar la seua sensibilitat. Així mateix, s'ha desenvolupat un mètode de funcionalizació de la superfície de l'exoesquelet de diatomees basat en l'ús de polielectròlits catiònics. Com a resultat, s'ha demostrat el potencial tant de NFs per al desenvolupament de biosensors, com el de membranes comercials per a sensors amb una aplicació que no requerisca una elevada sensibilitat però sí un baix cost. A més, s'ha posat de manifest el gran potencial de l'exoesquelet de diatomees per al desenvolupament de sensors basats en la seua resposta òptica. Per contra, les limitacions trobades en el desenvolupament de biosensors basats en SiP han evidenciat la necessitat d'un estudi rigorós i l'optimització de l'estructura dels materials porosos prèviament a ser usats en (bio)sensat. / [EN] Biosensors are analytical devices with application in diverse fields and with several advantages relative to other conventional methods, such as the use of small volumes of sample and reagents, their sensitivity and their fast response, without the need of the sample pretreatment, expensive equipments or specialised technicians. Nevertheless, this is a relatively new research field in which there is a long way to go yet. This doctoral Thesis aims at doing its bit to this field of knowledge by studying the potential of different porous materials as transducers for the development of real-time and label-free optical biosensors. The proposed materials range from those artificially synthesised, such as porous silicon (pSi), polymeric nanofibres (NFs) or commercial polymeric membranes, to natural materials with photonic properties that had not been exploited for sensing yet, such as biosilica exoskeletons of diatoms. All of them have in common its simple production, avoiding expensive and laborious nanofabrication processes. For their study, their optical response will be analysed and, in those cases in which such optical response allows performing detection experiments, strategies for their biofunctionalisation and their implementation in biosensing experiments will be developed as well. Regarding pSi and NFs, the fabrication parameters were optimised to get a suitable optical response for their interrogation. Afterwards, their surface functionalisation was carried out by covalent and non-covalent methods, as well as different bioreceptors (DNA aptamers and antibodies), to study their potential and their constraints as biosensors. Concerning commercial membranes and the biosilica exoskeleton of diatoms, their optical response was characterised and refractive index sensing experiments were carried out to study their sensitivity. Additionally, a biofunctionalisation method for the surface of the diatoms exoskeleton was developed based on the use of cationic polyelectrolytes. As a result, it was demonstrated the potential of NFs for the development of biosensors, as well as the potential of commercial membranes for developing sensors for an application that does not require a high sensitivity but a low cost. Furthermore, the great potential of biosilica exoskeleton of diatoms for the development of sensors based on their optical response has been revealed. By contrast, the constraints found in the development of pSi illustrate the importance of an accurate study and optimisation of porous materials structure before using them for (bio)sensing. / Martínez Pérez, P. (2021). Development and Optimization of Experimental Biosensing Protocols Using Porous Optical Transducers [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172541

OBJETIVO: Investigar a correlação entre as espessuras da mácula e da camada de fibras nervosas da retina (CFNR), medidas pelas tomografias de coerência óptica de domínio Fourier (FD - OCT) e de domínio do tempo (TD - OCT) e a perda de sensibilidade no campo visual (CV) em pacientes com atrofia em banda do nervo óptico. Comparar a habilidade diagnóstica dos dois instrumentos. MÉTODOS: 36 olhos de 36 pacientes com perda de CV permanente por compressão do quiasma óptico e 36 controles normais foram submetidos ao exame de CV pela perimetria automatizada padrão (Humphrey Field Analyzer TM; Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA), ao FD - OCT (3 D OCT-1000TM Topcon Corp., Tokyo, Japan) e ao TD - OCT (StratusTM ;Carl Zeiss Meditec Inc, Dublin, California, USA). Foram comparados os protocolos análogos de ambos os equipamentos para avaliação da espessura macular.Foi realizado a divisão macular em quatro quadrantes e em metades, sendo calculado a média da espessura macular global, a média da espessura dos quadrantes e a média da espessura das metades maculares. A média global e setorial da medida da espessura da CFNR peripapilar também foi analisada. A perda de sensibilidade no CV foi inicialmente avaliada pelo defeito temporal médio. O CV foi ainda dividido em 6 setores de acordo com a distribuição da CFNR e em 16 pontos centrais para a realização da correlação estrutura-função entre os parâmetros medidos pelo FD - OCT e a perda de sensibilidade no CV em decibéis e 1/Lambert. Foi calculado o coeficiente de correlação de Sperman e a análise de regressão linear. As áreas sobre a curva ROC e valores fixos de sensibilidade e especificidade foram calculados para cada parâmetro estudado. RESULTADOS: As medidas da espessura macular e da CFNR pelo FD - OCT e TD - OCT foram capazes de discriminar olhos com atrofia em banda do nervo óptico dos controles normais. A espessura global e setorial dos parâmetros maculares e da CFNR mostraram diferenças significativas (p<0,001) entre os doentes e os controles e os dois aparelhos tiveram desempenho semelhante na discriminação entre pacientes e controles. Em ambos existiram correlações significativas entre a perda de sensibilidade do CV e as medidas da espessura macular e da CFNR. As medidas de espessura nos quadrantes e nas metades nasais da macula, avaliadas pelo FD - OCT tiveram os melhores desempenhos nas correlações com os defeitos de CV, sendo o parâmetro com a melhor correlação, a medida do quadrante infero-nasal da mácula e a perda de sensibilidade do CV central do quadrante temporal superior central (r = 0.78, R2 = 61%, p<0,001). CONCLUSÕES: A espessura macular e a espessura da CFNR medidas pelo FD - OCT e pelo TD - OCT se correlacionaram topograficamente com a perda de sensibilidade no CV de pacientes com hemianopsia temporal por compressäo quiasmática. A correlação entre os quadrantes maculares e a perda de sensibilidade no CV, foram melhores do que aquelas entre o CV e as medidas da CFNR, principalmente nas medidas realizadas pelo FD - OCT. Este estudo demonstrou a importância clínica das medidas maculares na correlação estrutura-função e na quantificaçäo do dano neural em pacientes com compressão quiasmática, podendo ser útil na monitorização destes pacientes / PURPOSE: To investigate the relationship between fourier-domain optical coherence tomography (FD - OCT) measured macular and retinal nerve fiber layer thickness (RNFL) and visual field sensitivity loss on standard automated perimetry in eyes with permanent temporal hemianopia from chiasmal compression and compare the ability of FD - OCT and time-domain optical coherence tomography (TD - OCT) to detect axonal loss in eyes with band atrophy of the optic nerve. METHODS: One eye of each of 36 patients with permanent temporal visual field defects and 36 age- and sex-matched healthy subjects. Subjects underwent standard automated perimetry and macular and RNFL thickness measurements with FD - OCT (3 D OCT-1000® Topcon Corp., Tokyo, Japan) and TD - OCT (Stratus; Carl Zeiss Meditec Inc, Dublin, California, USA). Macular thickness measurements as a global average, divided in four quadrants and in two halves as well as average and sectoral RNFL thickness around the optic disc were calculated. Visual field sensitivity loss was evaluated by the temporal mean defect; as deviations from normal in six sectors of the visual field and in 16 central visual field test points. Relationship between visual field sensitivity loss in decibel and 1/Lambert units and optical coherence tomography measurements were evaluated using Spearman correlation coefficients and by linear regression analysis. Receiver operating characteristic curves and sensitivities at fixed specificities were calculated for each parameter. RESULTS: Global and sectoral macular and RNFL thickness parameters showed a significant difference in eyes with band atrophy compared with controls. The strongest correlations were seen between visual field sensitivity loss and quadrantic or hemianopic nasal macular thickness measurements than with sectoral retinal nerve fiber layer thickness measurements. The highest correlation was observed between the inferonasal quadrant macular thickness and the visual field sensitivity loss in the superior temporal central visual field quadrant (r = 0.78, R2 = 61%, p <0.001). CONCLUSION: Both RNFL thickness and macular thickness FD - OCT and TD - OCT measurements were related topographically with visual field sensitivity loss in patients with temporal hemianopia from chiasmal compression and there is a stronger relationship in quadrantic macular compared to RNFL thickness measurements with FD - OCT. Macular thickness measurements could potentially be used to quantify neuronal loss in patients with chiasmal compression and could prove clinically useful for detection of damage and for monitoring these patients