La formación de cuerdas en género Mycobacterium está directamente relacionada con la virulencia. Es aún desconocido el compuesto responsable de la formación de las cuerdas, pero dichas cuerdas fueron relacionadas con la composición del ácido α-micólico en Mycobacterium tuberculosis y Mycobacterium bovis BCG. Más concretamente con la presencia de un anillo de cis ciclopropano en la posición proximal del ácido α-micólico. Hay diferentes especies de micobacterias que no poseen tal ciclopropano en el ácido α-micólico y que también fueron descritas como formadoras de cuerdas. Por ello, se investigó la correlación entre la formación de cuerdas y la presencia del anillo de ciclopropano en la posición proximal del ácido α-micólico en Mycobacterium brumae, Mycobacterium fallax y Mycobacterium abscessus. Utilizando la microscopia electrónica de barrido se confirmó la formación de cuerdas en M. brumae, M. fallax y M. abscessus todas cepas con morfología colonia rugosa. Solamente las variantes de M. abscessus con morfología colonial lisa no formaban cuerdas. Además, se corroboró mediante la utilización de resonancia magnética nuclear que M. brumae y M. fallax no poseen anillo de ciclopropano en el ácido α-micólico. También se analizó por primera vez la estructura del ácido micólico de M. abscessus, concluyendo que no había diferencia en la composición de los ácidos micólicos de la variante con morfología colonial lisa y la variante con morfología colonial rugosa, como tampoco presentaban anillo de ciclopropano en su ácido micólico. Además, se confirmó que solamente la variante con morfología colonial lisa presentaba glicopeptidolípidos en la pared. Actualmente existe un gran interés por las micobacterias no tuberculosas como agentes causales de enfermedades en humanos. En países en vía de desarrollo las infecciones causadas por micobacterias no tuberculosas tienen un diagnóstico erróneo, y consecuentemente un tratamiento equivocado. En general las enfermedades provocadas por las micobacterias están asociadas a diversas enfermedades como por ejemplo: fibrosis quística, enfermedad pulmonar obstructiva y VIH. Entre estas especies encontramos M. abscessus, que es un patógeno emergente que presenta alta resistencia a antibióticos, lo que agrava su tratamiento clínico. En vista de los resultados anteriores, se decidió investigar la relación entre la formación de cuerdas y la virulencia en M. abscessus. Se pudo concluir que las variantes con morfología colonial rugosa, formadoras de cuerdas eran más virulentas que las variantes con morfología colonial lisa, siendo las primeras capaces de matar a los macrófagos, además de inducir a la producción de altos niveles de TNF-α y IL-6 por parte de los macrófagos. Otro resultado importante que se pudo observar mediante la utilización de diferentes técnicas microscópicas fue que las variantes rugosas formaban grandes agregados bacterianos, y estos se localizaban dentro de un mismo fagosoma. En cambio, las variantes lisas se presentaban como bacilos aislados. En este estudio se concluyó que este factor de agregación de los bacilos juntamente con la ausencia de los glicopeptidolípidos tiene un papel importante en la patogenicidad de M. abscessus, dejando expuestos los factores de virulencia de la micobacteria. / The capacity to form microscopic cords of Mycobacterium species has been related to their virulence. The compounds responsible for cording are unknown but the cord-like appearance formation of these strings of cells have been related to mycolic acids structure in Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis BCG - concretely due to the detection of a cyclopropane ring to α-mycolic acids. There are, though, many different species of Mycobacterium which do not have the cyclopropane formation within the α-mycolic acid also described as cord formers. That is why we ran an investigation examining the correlation between the cording and cyclopropanation of α-mycolic acids in Mycobacterium brumae, Mycobacterium fallax and Mycobacterium abscessus. Scanning electron microscopy image, confirmed the fine structure of microscopic cords formation of M. brumae, M. fallax and M. abscessus, all the strains with similar rough morphology. It was only the M. abscessus variant with a smooth morphology that did not form true cords. Furthermore, performing nuclear magnetic resonance NMR analysis in M. brumae and M. fallax, was corroborated the absence of cyclopropane rings in their α-mycolic acids. In this study, it was also analysed for the first time, the mycolic-acids structure of M. abscessus; concluding there was no difference within the mycolic-acids composition between the smooth and rough morphological variants, no had these species cyclopropane rings had cyclopropane rings in their α-mycolic acids. The results confirmed that only the variant with a smooth morphology was showing glycopeptidelipids in its cell walls, too. Nowadays, there is a huge interest in non tuberculous mycobacteria as a major causing agent for human diseases. In developing countries, the infections caused by these bacteria have a wrong diagnoses’ approach, therefore, a wrong treatment is given. Generally, the diseases caused by Mycobacterium are associated to different illnesses such as: cystic fibrosis, chronic obstructive pulmonary disease and HIV. In these species we find the before mentioned, M. abscessus which is considered an emergent pathogen that shows high resistance to antibiotics and consequently, making its clinic treatment difficult. Regarding the previous results, it was decided to investigate the relationship between cord formation and virulence within the M. abscessus. The variants with a rough morphology were exhibiting a major virulence than the smooth ones while forming cords, being these ones able to kill the macrophages in addition to induce a high TNF-α and IL-6 level production by them. Another significant result observed through different microscopic techniques, was the big bacterial aggregation the rough variants were forming, being these ones located in the same phagosome. The smooth variants, however, were showing isolated bacilli. The study revealed that this bacilli aggregation factor in conjunction with the glycopeptidelipids absence has an important role in the M. abscessus pathogenicity, exposing the bacilli virulence factors.

Los alérgenos y contaminantes alimentarios representan uno de los problemas de salud pública más extendidos del mundo. El monitoreo de posibles contaminantes resulta importante para la protección del consumidor así como también para controlar el cumplimiento de las regulaciones internacionales de etiquetado. La seguridad alimentaria sólo puede ser asegurada a través de la implementación de sistemas de control de calidad a lo largo de toda la cadena de producción desde la materia prima hasta el consumidor final. En este contexto, la disponibilidad de métodos rápidos, confiables y altamente sensibles resulta imperativo para su utilización como alarma en la detección de contaminantes, permitiendo una respuesta inmediata. Actualmente se dirigen grandes esfuerzos al desarrollo de metodologías simples, selectivas y económicas para la detección in situ de diferentes analitos en matrices complejas. En esta tesis se han desarrollado y evaluado nuevas estrategias inmunoanalíticas para la seguridad alimentaria, basadas en la integración de micro y nanopartículas así como bionanopartículas modificadas. Dos analitos de diferentes tamaños y características fueron estudiados como modelo: por un lado la gliadina, como alérgeno proteico, y por otro, la Salmonella, como ejemplo de patógeno alimentario. Se evaluaron diferentes formatos de inmunoensayo (competitivo y sándwich, directo e indirecto), aprovechando las ventajas del uso de partículas magnéticas como soporte sólido. Los resultados obtenidos fueron evaluados tanto por detección óptica como electroquímica, utilizando magneto inmunoensayos o inmunosensores, respectivamente. En todos los casos, las señales fueron obtenidas mediante conjugados con la enzima peroxidasa como marcadores ópticos o electroquímicos, analizando tanto el desempeño analítico como el efecto matriz a través de muestras alimentarias dopadas. En el caso de la integración de partículas magnéticas para la detección de gliadina, se desarrolló una estrategia competitiva que permitiera tanto la detección de la proteína nativa como también de fragmentos hidrolizados durante la producción de alimentos. Se obtuvieron excelentes límites de detección (del orden de μg L-1), muy por debajo de los 20 mg kg-1 establecidos por las regulaciones europeas para alimentos libres de gluten. Adicionalmente se lograron excelentes valores de recuperación al analizar muestras alimentarias dopadas como leche y cerveza libre de gluten. También se evaluó por otro lado, la integración en los inmunoensayos de bionanomateriales como los bacteriófagos, utilizando el P22 como modelo para la detección de Salmonella. Se diseñaron bionanopartículas híbridas a través de i) la inmovilización de bacteriófagos sobre micro y nanopartículas magnéticas, y ii) la modificación de la cápside con marcas de biotina. Los fagos altamente biotinilados obtenidos fueron empleados tanto para la marcación de bacterias, al unirse con marcadores fluorescentes, ópticos o electroquímicos conjugados a estreptavidina, así como para la captura al ser acoplados a partículas magnéticas modificadas con estreptavidina. Las bionanopartículas fueron caracterizadas mediante numerosas técnicas, como métodos de cultivo microbiológico, electroforesis, microscopía confocal de fluorescencia, así como microscopías electrónicas de barrido y transmisión. En todos los casos, se desarrollaron estrategias no competitivas integrando los fagos como marca o elemento bioreconocimiento. Se logró una considerable reducción del tiempo de detección de 3 a 5 días necesarios en las técnicas microbiológicas clásicas, a tan sólo 2-4 hs. Adicionalmente, se alcanzaron límites de detección excepcionales, lográndose detectar por debajo de 102 CFU mL-1 de Salmonella en muestras de leche, y tan sólo 1 CFU en 25 mL luego de 6 hs de preenriquecimiento. Por último, cabe destacar que en todos los casos se obtuvo mejor sensibilidad y menor efecto matriz utilizando detección electroquímica. En consecuencia, los biosensores desarrollados resultan en una herramienta prometedora para aplicaciones dentro del campo alimentario debido a su capacidad de detección rápida e in situ, así como también la facilidad de miniaturización y compatibilidad para producción en masa. / Food allergens and food contaminants represent an important health problem worldwide. Tracking and tracing of hazard-free food production chains has become important due to consumer-safety concerns and to fulfill international labeling regulations. Food safety can only be ensured through the enforcement of quality-control systems throughout the entire food chain from the incoming raw materials until the final consumer. In this context, the availability of rapid, reliable and highly sensitive methods is mandatory for their use as an “alarm” to rapidly detect potential contaminants and take an immediate action. Therefore, great efforts are directed towards the development of simple, selective and cost-efficient methodologies for the on-site detection of different target analytes in complex food samples. This dissertation addresses a comprehensive study and assessment of novel and rapid immunoanalytical strategies in different formats by the integration of micro and nanoparticles as well as hybrid bionanoparticles for food safety. Two analytes of different sizes and characteristics (single and multivalence targets) affecting food safety, were selected as a model: the small proteic allergen gliadin and the food-borne pathogen Salmonella. Different immunoassay formats were assessed (competitive and sandwich, direct and indirect) taking advantage of the outstanding features of magnetic micro and nanoparticles as solid support. The results obtained with the novel strategies were evaluated by a dual detection through optical and electrochemical readouts, using magneto immunoassays or magneto immunosensing approaches, respectively. In all cases the signals were obtained by a horseradish peroxidase (HRP) conjugate as the enzymatic optical and electrochemical reporter and the matrix effect and analytical performance were evaluated using spiked food samples. Regarding the integration of magnetic particles in the detection of food allergens such as gliadin, a competitive approach was developed to detect not only the native protein, but also the small gliadin fragments, being thus valid for both non-treated and hydrolyzed foodstuff. Excellent detection limits (in the order of μg L-1) were achieved, much lower than the EC recommendation of 20 mg kg-1 for glutenfree food. Furthermore the matrix effect, as well as the performance of the assays was successfully evaluated using spiked gluten-free foodstuffs, such as skimmed milk and gluten-free beer, obtaining excellent recovery values. The integration of bionanomaterials as bacteriophages into the immunoassays was also explored, using P22 bacteriophage as a model to detect Salmonella. Hybrid bionanoparticles were designed and evaluated by i) immobilizing the bacteriophages on magnetic micro and nanoparticles and ii) modifying the phage capsid proteins with biotin tags. The highly biotinylated bacteriophages were applied for bacterial tagging when coupled to fluorescent, optical or electrochemical streptavidin-conjugated reporters, as well as for bacteria capturing when attached to streptavidin-modified magnetic particles. The novel hybrid bionanoparticles were extensively characterized through a wide range of techniques, such as microbiological culturing methods, electrophoresis, confocal fluorescence microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. In all cases, non-competitive approaches were developed by integrating the bacteriophages both for the biorecognition and tagging of Salmonella Thyphimurium. All the strategies were able to considerably reduce the time of the bacteria detection from the 3-5 days required in the conventional microbiology techniques, to as low as 2-4 h. In addition, outstanding limits of detection were achieved, being able to detect below 102 CFU mL-1 of Salmonella in milk samples, and as low as 1 CFU in 25 mL after 6 h pre-enrichment. Finally, it should be pointed out that better sensitivity and lower matrix effect were achieved with the electrochemical detection. As a result, the developed biosensing devices are promising tools for food safety applications due to their rapid and on-site testing capability as well as the compatibility with miniaturization and mass fabrication technologies.

Las celdas solares orgánicas se han convertido en una promesa para la producción de energía a bajo costo, y su potencial se refleja en los enormes esfuerzos para mejorar su eficiencia. En los últimos 30 años, esta tecnología ha crecido enormemente, con prototipos de laboratorio mostrando eficiencia mayor que 10 % . El continuo desarrollo de polímeros semiconductores, materiales de amortiguamiento, y el conocimiento profundo sobre el intercambio electrónico en las interfaces, han sido las principales razones de este crecimiento. Sin embargo, la mejora de esta tecnología a estados de producción de bajo coste como tecnologías de impresión R2R es el objetivo, y el desarrollo de materiales de procesamiento de baja temperatura es el reto a superar. En este trabajo, se ha explorado en profundidad la aplicación de los óxidos de metales de transición como capas tampón electrónicos como TiO2 , ZnO como capas de transporte de electrones , y V2O5 , NiO como capas de transporte de huecos. También muestra el desarrollo de una tinta base agua con procesamiento a baja temperatura de V2O5 para aplicaciones R2R, así como la aplicación de película de NiO sinterizado a baja temperatura (350oC) y la caracterización mediante diferentes técnicas espectroscópicas. Además se muestran los estudios de estabilidad a largo plazo, como en interiores y al aire libre, la realización de estudios de degradación de los diferentes dispositivos desarrollados. / Organic Solar Cells (OSCs) have emerged as a promise for low cost energy production, and its potential is reflected in the huge efforts to improve their efficiencies. In the last 30 years, this technology has grown enormously; nowadays the state of the art is showing efficiencies higher than 10%. The continuous development of semiconducting polymers, buffer materials, and the depth knowledge about the electronic exchange at the interfaces, have been the principal reasons of this growing. Nevertheless, upgrading this technology to low cost production states like roll to roll printing technologies is the goal, and the development of low temperature processing materials is the challenge to overcome. In this work, it has explored in depth the application of Transition Metal Oxides (TMOs) as electronic buffer layers like TiO2, ZnO as electron transport layers, and V2O5, NiO as hole transport layers. Also shows the development of a water base low temperature solution-processed V2O5 ink for R2R applications, as well as the application of NiO film sintered at low temperature (350oC) and the characterization by distinct techniques. As well, the long-term stability studies, like indoor and outdoor; carrying out degradation studies for the different architecture devices tested.

Entre les molècules de l'espai, l’H2 és una de les més rellevants de l'univers. És la més abundant en el medi interestel·lar i és un intermedi clau per a la formació de molècules més grans. La seva formació és complexa, però a causa de la seva inherent rellevància, la comprensió de la seva interacció i la seva formació pot ser considerat com un paradigma del procés astrofísic. La present tesi s'estructura en quatre capítols. El capítol 1 presenta el marc astroquímic en què es troba la tesi, mostrant la presència d'hidrogen interestel·lar en el medi interestel·lar i on es porta a terme, en els grans de pols interestel·lar circumdants. Després de presentar els objectius d'aquesta tesi, el capítol 2 repassa els aspectes teòrics generals que hi ha darrere, com per exemple l'estructura electrònica, els mètodes del funcional de la densitat, el modelització de sòlids i l’efecte túnel, proporcionant finalment els detalls computacionals implicats. El capítol 3 correspon als resultats obtinguts i a la seva discussió i es divideix en diferents seccions. La secció 3.1 presenta algunes de les propietats fisicoquímiques de l'estructura cristal·lina i les corresponents superfícies de Mg2SiO4 forsterita, així com dels sistemes que contenen ferro com la olivina Mg1.5Fe0.5SiO4. La secció 3.2 reporta l'adsorció d'hidrogen atòmic i la seva recombinació per formar una molècula de H2 sobre la superfície cristal·lina (010) de Mg2SiO4 forsterita i la secció 3.3 analitza la rellevància de la morfologia superficial considerant la formació de H2 sobre les superfícies cristal·lines (001) i (110) de Mg2SiO4 forsterita. Finalment, la secció 3.4 investiga la influència dels àtoms de Fe2+ tot modelant la fisisorció i quimisorció d’hidrogen atòmic sobre la superfície cristal·lina (010) de forsterita amb contingut de ferro, tenint lloc posteriorment la formació de H2. El capítol 4 aborda les conclusions generals de la present tesi i les possibles perspectives futures, mentre que el capítol 5 inclou les referències citades. Per últim, l'apèndix A i B aporta informació suplementària reportada en el capítol 3. / Among the molecules in space, H2 is one of the most relevant of the universe. It is the most abundant one in the interstellar medium and is a key intermediate for the formation of bigger molecules. Its formation is complex, but due to its inherent relevance understanding its interaction and its formation can be considered as a paradigm of the astrophysical process. The present thesis introduces in Chapter 1 the astrochemical framework in which the thesis is located, pointing out the presence of interstellar hydrogen in the interstellar medium and where it takes place, in the interstellar dust grains around. After presenting the goals this thesis aims, Chapter 2 overviews the general theoretical aspects behind it, such as electronic structure, density functional methods, solids modelling and tunnelling effects, providing finally the computational details entailed. Chapter 3 corresponds to results and discussion and is divided into different sections. Section 3.1 presents some physicochemical properties of the crystalline bulk structure and the corresponding surfaces of Mg2SiO4 forsterite and of the Fe-containing Mg1.5Fe0.5SiO4 olivine systems. Section 3.2 reports the adsorption of H atoms and their recombination to form a H2 molecule on the crystalline Mg2SiO4 forsterite (010) surface and Section 3.3 analyses the relevance of surface morphology by considering the H2 formation on the crystalline Mg2SiO4 forsterite (001) and (110) surfaces. Finally, Section 3.4 investigates the influence of Fe2+ atoms by modelling the physisorption/chemisorption of H atom on the Fe-containing (010) surface, subsequently taking place the formation of H2. Chapter 4 addresses the general conclusions of the present thesis and possible future perspectives, Chapter 5 includes the references cited and Appendix A and B supports the information given in Chapter 3.

El fenómeno de los juegos sociales en Facebook ha resultado un paradigma de cambio dentro de la industria del videojuego. En este proceso vemos involucrados diversos factores como las empresas, los contenidos, los usuarios y las interacciones producidas entre ellos. Estos elementos están íntimamente relacionados y no podemos entender el proceso sin tener en cuenta las interrelaciones establecidas en el entorno digital. Esta tesis trata precisamente sobre esto: cómo interactúan estos factores para entender en su amplitud las características de esta tipología de videojuegos cuya actividad se desarrolla en las redes sociales. Concretamente se estudia Facebook como plataforma contenedora de esta tipología de contenidos, así como las relaciones que se establecen entre los usuarios como consumidores de ellos. La experiencia del jugador en este entorno no se limita al espacio interior del juego, sino que va más allá, produciéndose una intensa actividad online que deriva al concepto de Inteligencia Colectiva. Comunidades de conocimiento en torno a un eje común: juegos sociales específicos y subtemas relacionados. Esta investigación se centra en una primera instancia en el concepto general de Inteligencia Colectiva aplicada a los juegos sociales desarrollados en Facebook, como introducción al tema. Previamente, en una primera parte de la tesis, se establece el marco teórico con el estudio de los antecedentes: el juego en la historia, su relación con el factor social y posteriormente los rasgos definitorios del contexto donde se producen los juegos sociales online. La denominada Web Social y el protagonismo adquirido por el usuario en ella nos lleva a tratar conceptos como: la democracia en los medios, el efecto fan, el coleccionismo virtual y el nuevo panorama de las empresas del videojuego, con una transformación en los modelos de negocio, así como la expansión de conceptos como la “Gamificación”, trasladando el éxito de las mecánicas de juego a entornos no lúdicos. Esta introducción nos deriva a cómo aparecen los juegos sociales, su convergencia y transmedialidad, para seguidamente entender la importancia que adquiere el usuario en este nuevo modelo de negocio online. En la segunda parte de esta tesis se profundiza en el estudio comparado de dos empresas pioneras: Zynga y EA Playfish y se ejemplifica mediante la selección de determinados juegos. Este análisis en profundidad permite una mayor compresión del objeto de estudio, así como su delimitación. Al mismo tiempo se continúa indagando en el sistema de valores establecidos no solamente por las empresas sino también por los usuarios en la denominada economía virtual con la adquisición de bienes virtuales o “virtual goods”. La tercera parte de la tesis trata sobre el contenido paralelo desarrollado por los jugadores a partir de los juegos y la aplicación de las técnicas de investigación. Las metodologías aplicadas son varias: revisión de la literatura anterior, la netnografía o estudio etnográfico de las comunidades en el ciberespacio, el cual incluye la observación participante para la máxima extracción posible de conocimiento y el análisis de contenido. Por otro lado, se realiza una encuesta a los usuarios, insertada en el blog de la autora sobre juegos sociales con preguntas cerradas y abiertas. Por último, se han llevado a cabo entrevistas en profundidad a empresarios nacionales del sector. / The phenomenon of social games on Facebook has been a paradigm shift within the video game industry. In this process we involved several factors such as business, content, users and produced the interactions between them. These elements are closely related and can’t understand the process without taking into account the interrelationships established in the digital environment. This thesis is precisely about this: how to understand these factors in its amplitude characteristics of this type of game which is active in social networks interact. Facebook specifically studied as container platform of this type of content as well as the relationships established between users as consumers of them. The player experience in this environment is not limited to the interior space of the game, but goes beyond, producing an intense online activity derived the concept of collective intelligence. Knowledge communities around a common axis: specific social games and related subtopics. This research focuses in the first instance on the general concept of collective intelligence applied to developed social games on Facebook, such as introduction. Game in history, its relationship with the social factor and then the defining features of the social context in which online games are produced. Previously, in the first part of the thesis, the theoretical framework for the study of history is established. The so-called Social Web and the prominence acquired by the user in it brings us to concepts such as democracy in the media, the fan effect, the virtual collections and the new outlook of companies in the video game, with a transformation models business and expanding concepts such as Gamification, transferring successful game mechanics at not playful environments. This introduction derives us how social games transmediality appear convergence and to then understand the importance acquired by the user in this new online business model. The second part of this thesis explores the comparative study of two pioneering companies: Zynga and Playfish and EA is exemplified by the selection of certain games. This in-depth analysis allows greater compression of the subject matter and its delimitation. At the same time, it continues delving into the system of values established not only by companies but also by users in the so-called virtual economy with the acquisition of virtual goods. The third part of the thesis deals with the parallel content developed by players from games and applying research techniques. The methodologies applied are many: review of previous literature, netnography or ethnographic study of communities on cyberspace, which includes participant observation to the maximum possible knowledge extraction and content analysis. On the other hand, a survey of users, inserted in the author's blog on social games with closed and open questions, and finally, have conducted in-depth interviews to national entrepreneurs is performed.

Teniendo en cuenta el rápido aumento de la población y el crecimiento en el consumo de energía como consecuencia de grandes progresos en transporte y tecnología, el desarrollo sostenible es de especial relevancia pues sugiere la búsqueda de formas de mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, incluyendo la captura y almacenamiento de carbono (o utilización), la eficiencia energética, fuentes alternativas de energía y ahorro de energía, como ya se ha sugerido por el protocolo de Kioto y los informes del IPCC. De ahí que en los últimos años se haya dedicado un esfuerzo considerable a desarrollar tecnologías para la captura y almacenamiento de CO2 a partir de fuentes concentradas de emisión. Además de establecer nuevas tecnologías, durante las últimas décadas la ciencia de materiales sólidos porosos se ha convertido en una de las áreas más intensas de investigación y desarrollo para químicos, físicos y científicos de materiales. De hecho, se ha avanzado considerablemente en el desarrollo de nuevos adsorbentes para diversos procesos de separación. Por ejemplo, las estructuras órgano-metálicas (MOFs) han ido ganando considerable atención como materiales prometedores para aplicaciones de almacenamiento y separación de gases, debido a sus propiedades excepcionales. Sin embargo, es necesaria una comprensión a nivel molecular de la adsorción de gases para acelerar el diseño y desarrollo de aplicaciones a la carta. También es fundamental conocer el comportamiento bajo condiciones de humedad e impurezas, como se tiene normalmente en aplicaciones industriales específicas. El trabajo desarrollado en esta Tesis Doctoral destaca el uso de técnicas de simulación molecular para la optimización de procesos relacionados con el medio ambiente. El objetivo general se centra en avanzar en el campo de materiales para la captura y separación de dióxido de carbono a condiciones de proceso. Se considera de manera explícita la influencia del vapor de agua e impurezas, tanto a la luz de los fundamentos de la adsorción como en la aplicación para la captura de CO2 por post-combustión mediante ciclos de adsorción por oscilación. Partiendo de una breve descripción de los fundamentos de la adsorción y de las simulaciones moleculares, se presenta una revisión exhaustiva de estudios recientes de materiales para captura y separación de CO2, proporcionando así información valiosa para su aplicación industrial. Basados en esta revisión, se han estudiado en detalle algunos de los materiales más prometedores para un proceso de adsorción por cambio de temperatura (TSA) basado en simulaciones moleculares, proponiéndose un nuevo procedimiento para la evaluación y optimización de los sistemas de captura en condiciones reales. Dada la gran influencia de trazas de agua en la separación, se investiga también el CuBTC (uno de los MOF más estudiados y estables en agua) en comparación con la zeolita de referencia 13X. Se examina en detalle el efecto de las especies coexistentes, así como la influencia del agua y SO2 en los gases de combustión, con el fin de llegar a una mejor comprensión de la capacidad de adsorción, la selectividad, la localización de las moléculas en el material, las distribuciones de calor isostérico y su relación con el proceso. Asimismo, se han llevado a cabo estudios paramétricos detallados para una investigación comparativa de la separación de mezclas multi-componentes de gases de combustión mediante el uso de otras zeolitas como caolinita y chabacita. Y finalmente, se presenta un trabajo adicional relacionado con otro problema medioambiental: la separación de un contaminante (ibuprofeno) en agua, mediante el uso de carbones activados, usando las mismas técnicas computacionales, demostrando así la versatilidad de las herramientas empleadas para este tipo de sistemas. / Given the rapid increase in population and the growth in energy consumption as a consequence of major developments in transportation and technology, sustainable development is of special relevance, suggesting ways to mitigate greenhouse gases emissions, including carbon capture and storage (or utilization, CCSU), energy efficiency, alternative energy sources and energy savings, as already suggested by the Kyoto’s Protocol and the IPCC reports. Hence, much effort has been devoted in recent years to develop technologies for capture and storage of CO2 from concentrated sources of emission. Apart from establishing new technologies, over the last decades the science of porous solid materials has become one of the most intense areas of research and development for chemists, physicists, and materials scientists. In fact, considerable progress has been made in recent years on the development of novel adsorbents. For instance, Metal Organic Frameworks (MOFs) have been gaining considerable attention as promising nanoporous materials for gas storage and gas separation applications due to their exceptional physical and chemical properties, and have already been demonstrated to be promising materials in the separation of different gases, however, a molecular level understanding of gas adsorption in the pores is crucial to accelerate the design and development of these and other applications. It is also fundamental to know their behavior under moisture conditions and impurities content, as normally found at specific industrial applications. The work developed in this Thesis highlights the use of molecular simulation techniques for optimizing environmental related processes, providing new procedures to assess the use of these materials from their fundamental knowledge until their applications at industrial conditions. The overall objective is to advance in the field of materials for CO2 capture and separation at process conditions. The influence of water vapor and impurities is explicitly considered, both, in the light of the fundamentals of adsorption and in the application for post-combustion carbon dioxide capture by swing adsorption cycles. Starting from a brief description of the fundamentals of adsorption and molecular simulations, a novel throughout review on recent studies of materials for CO2 capture and separation is presented, thus providing valuable information to assess their industrial application. Based on this review, some of the most promising materials for CO2 separation in a Temperature Swing Adsorption (TSA) process have been studied in detail by using molecular simulations (compared to experimental data when available), proposing a new process for the evaluation and optimization capture systems under real conditions. In addition, given the great influence of water as a trace compound on the separation, CuBTC (one of the most studied MOFs, stable in water and with potential for industrial application) has been investigated in comparison to the benchmark zeolite 13X. The effect of the coexisting species as well as the influence of water and SO2 in flue gas is examined in detail in order to reach a better understanding of the adsorption capacity, selectivity, adsorption density location and isosteric heat distributions. And finally, detailed parametric studies have been carried out for a comparative computational investigation for separating of multi-component mixtures of flue gas by using other representative zeolites such as kaolinite and chabazite. Additional work, related to another environmental problem: the separation of a pollutant (ibuprofen) in water, by using activated carbons, is also presented here, demonstrating the versatility of the tools used for these types of systems.

Aquesta tesi doctoral tracta de la derivatització de metal·lacarborans per obtenir nous materials moleculars per a possibles aplicacions en diferents camps de l’electrònica molecular. En aquest aspecte, s’han dissenyat nous mètodes de síntesi de derivats de metal·lacarborans amb diferents fragments orgànics, així com la optimització de mètodes preexistents per augmentar el seu rendiment. S’ha desenvolupat un nou mètode de síntesi de derivats iodats per al ferrabisdicarballur. S’ha optimitzat la reacció de Friedel-Crafts per a l’acoblament de PAHs (PolyAromatic Hydrocarbons) al metal·lacarborà, aquesta optimització ha estat tant a nivell de síntesi com a nivell de purificació dels compostos finals, augmentant el rendiment de la reacció d’un 25% descrit a la bibliografia fins al 75%. S’ha desenvolupat un nou mètode de síntesi per a la formació d’enllaços B-C exoclúster que involucra l’ús de carbocations estables o parcialment estables (tritil i benzil). Per una altra banda, s’han preparat sals iòniques de metal·lacarborà amb un catió electroactiu per augmentar els processos redox dels compostos, així com el disseny d’un nou mètode de síntesi de derivats amb formació d’enllaços B-N exoclúster. Per una altra banda, l’estudi de les propietats físico-químiques d’aquests compostos també ha estat el focus d’atenció. S’ha estudiat el comportament magnètic d’alguns derivats de ferrabisdicarballur, ja que presenta un electró desaparellat a la seva estructura, i per tant és un compost paramagnètic. S’ha demostrat mitjançant l’estudi de magnetització que aquests compostos són de baix espí, i que per tant l’anió dicarballur és un lligand de camp fort. També s’ha demostrat que el ferrabisdicarballur té propietats de SMM (Single Molecule Magnet) tot i que encara s’han d’acabar els estudis per a altres derivats del ferrabisdicarballur. L’electroquímica ha estat una part molt important d’aquesta tesi, i en concret la voltamperometria cíclica com a eina. Els diferents processos redox que presenten els derivats de metal·lacarborà ha estat molt estudiat, així com la capacitat d’analitzar en detall i entendre tots els processos redox presents en els compostos. Mitjançant aquesta mateixa tècnica s’ha estudiat els coeficients de difusió de diversos compostos i s’ha pogut calcular el seu radi hidrodinàmic. Mitjançant l’electròlisi hem pogut estudiar l’electrocromisme que presenten alguns d’aquests derivats, i s’ha demostrat que el mateix ferrabisdicarballur és un compost electrocròmic per si mateix. Amb diferents tècniques espectroscòpiques, també s’ha demostrat la capacitat d’acceptació d’electrons, la comunicació electrònica que existeix en alguns dels compostos i que per tant podem definir com a compostos de valència mixta, i la capacitat de lliurar aquests electrons, qualitats importants per a possibles aplicacions en cel·les solars. Per últim, s’ha fet un estudi de les propietats optoelectròniques dels derivats de metal·lacarborà amb PAHs per a la seva possible aplicació en cel·les, observant transferències electròniques intramoleculars evitant la relaxació de l’estat excitat fotolumínicament. / This doctoral thesis deals with the derivatization of metal·lacarboranes to obtain new molecular materials for possible applications in different fields of molecular electronics. In this regard, new synthetic methods have been designed leading to the formation of organic derivatives of metal·lacarboranes, the optimization of preexistent synthetic methods have been also performed in order to enhance their yield. A new method for the iodination of ferrabisdicarbollide has been described. The Friedel-Crafts reaction for the coupling of PAHs (PolyAromatic Hydrocarbons) with metal·lacarboranes has been optimized in terms of the yield of the synthesis and also on the work up procedure, raising the yield described in the literature from 25% to 75%. A new synthetic method for the formation of B-C exocluster bonds has been described. This new method uses stable or partially stable carbocations (trytil and benzyl). Moreover, ionic salts of metal·lacarboranes containing electroactive cations have been prepared to increase the number of redox processes within the molecule, further, a new synthetic method involving B-N exocluster bond formation has been developed. On the other hand, the physico-chemical properties study of those compounds has been really important in the frame of this thesis. The magnetic behavior of some ferrabisdicarbollide derivatives has been studied due to the unpaired electron on its structure, it is paramagnetic. It has been demonstrated by magnetization that these are low spin compounds, and then, the dicarbollide anion is a strong field ligand. It has also been demonstrated that ferrabisidicarbollide has SMM (Single Molecule Magnet) properties, although the study of some of its derivatives have not been studied yet. Electrochemistry has also been a very important part of this thesis, in particular, Cyclic Voltammetry has been de tool used for this. The different redox processes present on metallacarborane derivatives have been studied, along with the capacity of analyzing in detail and understand all the redox processes on the compounds. Using this same tool, the diffusion coefficients of different metallacarborane derivatives has been studied and their hydrodynamic radii have been determined. Moreover, using electrolysis, we have been able to study the electrochromism of some of the compounds, and it has been demonstrated that ferrabisdicarbollide is an electrochromic compound itself. With different spectroscopic techniques, it has been also possible to demonstrate the electron acceptance capacity of some derivatives, and the electronic communication between two bonded metallacarboranes stating some compounds as mixed valence compounds, and the electron release capacity has also been demonstrated, important properties for possible application in solar cell devices. The last point has been the study of the optoelectronic properties of the PAHs – metallacarborane derivatives for their possible application in solar cell devices, observing that there is intramolecular electron transfer, avoiding the photoluminescence relaxation of the excited state.

Estudios previos han puesto de manifiesto en rata que la administración de anfetamina seguida inmediatamente después de la exposición a distintas situaciones de estrés reduce la activación del eje hipotalámico-hipofisario-adrenal (HPA), así como la hiperglucemia (índice de activación del sistema simpático-médulo-adrenal) causada por los estímulos estresantes. El efecto se localiza a nivel de SNC. Los objetivos de la presente tesis han sido ampliar el estudio de la interacción entre estrés y anfetamina y, sobre todo, demostrar que el metilfenidato (MPH), el psicoestimulante de uso mayoritario en el tratamiento del trastorno de déficit de atención e hiperactividad (TDAH), es también capaz de reducir, a dosis terapéuticamente relevantes, la respuesta biológica y conductual al estrés de tipo emocional. Los estudios se han realizado en ratas macho adultas (2-3 meses de edad), excepto en un experimento destinado a comparar los efectos del MPH en animales jóvenes y adultos. Los resultados con la anfetamina indican, de acuerdo con los datos previos, que la droga reduce de forma dosis dependiente la respuesta fisiológica a la natación forzada. Pero además, esta interacción negativa entre los dos estímulos también actúa en el sentido contrario, de tal manera que la exposición al estrés reduce la activación del eje HPA causada por la anfetamina. En una serie de experimentos posteriores con el MPH hemos demostrado que el fármaco por sí mismo no afecta al eje HPA, pero como la AMPH, es capaz de reducir la respuesta fisiológica al estrés (natación forzada) cuando el fármaco se administra inmediatamente antes del estrés. El efecto es evidente a nivel de SNC (expresión del gen del CRF, el principal factor regulador del eje HPA), se manifiesta tanto en animales jóvenes como adultos y es también observable cuando el fármaco se administra 30 min antes de la exposición al estrés. Los efectos protectores del MPH se observan no solo a nivel fisiológico sino también conductual en una tarea activa de evitación-escape, con una mejora de la eficacia del aprendizaje y un menor condicionamiento del miedo al contexto. Considerados en conjunto, los resultados muestran, por vez primera, un efecto protector del MPH frente a los efectos del estrés, lo que tiene importantes implicaciones clínicas. / Previous studies evidenced in rats that amphetamine administration immediately after the exposure to different stressors decreases the activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPA), as well as the hyperglycemia (index of activation of the sympathetic medullary adrenal axis) caused by exposure to stress. The effect is located at the CNS level. The purposes of the present Thesis have been to extend the study of the interaction between stress and amphetamine and specially to demonstrate that methylphenidate (MPH), the most used stimulant in the treatment of the attention deficit- hyperactivity disorder (ADHD), is also able to reduce, at relevant therapeutic doses, the biological and behavioral response to emotional stress. The studies have been conducted in male adult rats (2-3 months of age), except in one experiment aimed to compare the effects of MPH in young and adult animals. Results with amphetamine indicate, in agreement with previous data, that the drug reduces in a dose-dependent way, the physiological response to the forced swim. But, moreover, this negative interaction between both stimuli also acts in the opposite manner, in a way that the exposure to stress reduces the HPA activation caused by amphetamine. In a series of experiments conducted with MPH we have demonstrated that the drug by itself does not modify the HPA axis, but, in the same way than amphetamine, is able to reduce the physiological response to stress (forced swim) when the drug is given immediately before stress. The effect is evidenced at the CNS level (CRF gene expression, the main factor that regulates the HPA axis), is observed in both young and adult animals and it is also detected when the drug is administered 30 min before exposure to stress. The protective effects of MPH are observed not only at the physiological level but also at the behavioral level in a two-way active avoidance/escape task, with an improvement in the learning and with lower levels of contextual fear conditioning. All together, the results show, for the first time, a protective effect of MPH in front of the effects of stress, having important clinical implications.

Aquest treball estudia la dinàmica poblacional de fags P22 en poblacions d'hostes que envelleixen, com a model de la resposta vírica a situacions d'estrès de l'hoste. Per tal d'analitzar les respostes adaptatives del virus a l'envelliment i conseqüent pèrdua d'eficiència replicativa de les cèl·lules hoste, hem estudiat la propagació vírica en poblacions hoste aïllades, utilitzant com a model un bacteriòfag mutant que no integra el seu DNA al cromosoma del bacteri. Els resultats mostren una asimetria a l'aparició de la transmissió horitzontal i vertical. Durant el creixement exponencial, els cicles lítics son fortament reprimits i quan la taxa de creixement de la població hoste disminueix, les funcions lítiques són expressades en colònies independents. La asimetria observada a l'aparició de les estratègies de transmissió sembla mantenir la viabilitat de les cèl·lules infectades quan creixen exponencialment, però promou la producció vírica i eficient propagació horitzontal quan entren en fase estacionaria. L'anàlisi de la dinàmica d'inducció del profag en hostes RecA- van mostrar una amplificació de P22 no sincrònica en colònies independents, indicant que la sobtada amplificació vírica durant l'entrada en fase estacionaria en colònies separades és depenent de la proteïna funcional RecA. Els resultats també van mostrar que el temps anterior a l'amplificació vírica i tota la dinàmica de propagació vírica està influenciada per la història de la colònia infectada de la que deriva la cèl·lula fundadora. D'una altra banda, amb l'objectiu de desenvolupar nous components de vacunes, una de les línies de recerca del Laboratori de Nanobiotecnologia del Prof. Villaverde era el disseny i producció de proteïnes recombinants multifuncionals, en especial de β-galactosidasa i TSP, per trobar llocs permissius a on inserir pèptids amb activitat biològica, tal com el lloc A del FMDV. Villaverde, A. i col·laboradors van mostrar que la β-galactosidasa recombinant M278VP1 és sensible a la modulació enzimàtica per unió a anticòs, lo qual podria representar una nova aplicació potencial de β-galactosidases quimèriques com a sensors moleculars per la detecció d'anticossos. En aquest treball hem analitzat el mecanisme de reactivació de la β-galactosidasa recombinant M278VP1. També Carbonell, X. i Villaverde, A. van mostrar que l'extrem carboxi terminal de TSP és permissiu a llargues insercions peptídiques, resultant en proteïnes quimèriques biològicament actives (TSPA), no tòxiques, capaces d'acoblar-se amb càpsids de P22 sense cua i promoure la infecció de cèl·lules hoste de Salmonella. En aquest treball hem explorat l'efecte de diferents anticossos i els seus respectius fragments Fab anti-lloc A en la infectivitat de partícules de P22 quimèriques acoblades in vitro a partir de càpsids de P22 sense cua amb TSPA recombinant. L'increment observat de la infectivitat vírica indica que els bacteriòfags presentadors de pèptids poden actuar com a biosensors moleculars que responen a interaccions moleculars específiques. / This work studies the phage P22 spread dynamics in ageing bacterial populations, as a model of the viral response to host stress situations. In order to analyze the adaptative responses of the virus to the ageing, and consequent loss of replicative fitness of the host cells, we have explored the viral spread within isolated host populations, by using as a model a mutant bacteriophage unable to integrate its prophage DNA into the bacterial chromosome. The results show an asymmetry in the occurrence of horizontal and vertical transmission. During the exponential cell growth, lytic cycles are tightly repressed and when the growth rate of the host population decreases, lytic functions are expressed in independent colonies. The observed asymmetry in the occurrence of these transmission strategies seems to tend to maintain the viability of infected cells when exponentially growing, but promotes viral production and efficient horizontal spread when entering into the stationary phase. The analysis of prophage induction dynamics in a RecA- host showed a non-synchronous P22 amplification in independent colonies, indicating that the sudden viral burst observed during the entry into stationary phase in separated colonies is dependent on a functional RecA protein. Additionally the results showed that pre-burst time and the whole dynamics of phage spread is influenced by the history of the infected colony from which the founder cell derives. On the other hand, with the aim to develop new vaccine components, one of the research areas of the Nanobiotechnology Laboratory of Prof. Villaverde was to design and produce multifunctional recombinant proteins, specifically focusing into the β-galactosidase and TSP, to find permissive regions where to insert peptides with biological activity, such as the Site A of FMDV. Villaverde, A. et al. showed that the recombinant β-galactosidase M278VP1 is sensitive enough to enzymatic modulation mediated by antibody binding, which could represent a new potential application of chimeric β-galactosidases as molecular sensors to detect antibodies. In this work we have analyzed the reactivation mechanism of the recombinant β-galactosidase M278VP1. Additionally, Carbonell, X. and Villaverde, A. showed that the carboxy terminal end of TSP is permissive to long peptide insertions, resulting in biologically active (TSPA), non-toxic chimeric proteins able to assemble with P22 heads and to promote infection of Salmonella host cells. In this work, we have explored the effect of different antibodies and their respective Fab fragments anti-Site A on the infectivity of chimeric P22 particles assembled in vitro of tailless P22 heads with recombinant TSPA. The observed increase of the infective titre indicates that peptide-displaying bacteriophages can act as molecular biosensors that are responsive to specific molecular interactions.

La unidad estructural de anillo ciclobutánico es una importante plataforma que se encuentran en numerosos compuestos bioactivos y está presente en intermedios clave para la síntesis química de compuestos funcionalizados con interesantes propiedades fisicoquímicas y con posibles aplicaciones en los campos de la biomedicina y de los materiales. Los compuestos ciclobutánicos 1,2- y 1,3-difuncionalizados, además de presentar una alta versatilidad sintética, exhiben ciertas ventajas estructurales debido a la presencia del anillo de ciclobutano como un elemento de restricción conformacional y de dos centros quirales de configuración conocida. Haciendo uso de la versatilidad sintética de los compuestos ciclobutánicos 1,2- y 1,3-difuncionalizados y empleando el anillo de ciclobutano y su quiralidad, se prepararon tres grupos de compuestos ópticamente activos. • Tensioactivos ciclobutánicos polifuncionales: Se prepararon cuatro nuevos compuestos anfifílicos quirales. Al mismo tiempo, se realizó el estudio fisicoquímico y la caracterización de las propiedades de superficie del tensioactivo zwiteriónico derivado de amida. Como resultado se consiguió un tensioactivo en forma de mezcla del derivado de amida y su respectiva sal de trifluoroacetato, el cual se comporta como un tensioactivo eficiente con agregación de tipo vesícula oligolamelar. • Triaminas ciclobutánicas conjugadas con Gd(III)-DOTA: Se llevó a cabo la síntesis estereoselectiva de cuatro complejos, los cuales presentan un núcleo ciclobutánico conjugado con Gd-DOTA y fueron estudiados como posibles Agentes de Contrastes (ACs) en Resonancia Magnética de Imagen (RMI). Los resultados de RMI y los cálculos teóricos sugieren que existe una amplia influencia de las sustituciones N-H y N-Me y de los grupos protectores de la función amina en la capacidad de contraste. El complejo bis(acetamida) presentó una relajatividad mayor que el compuesto de referencia DOTAREM, lo que lo convierte en un posible candidato a ser usado como AC-T1. • Péptidos híbridos γ,γ- y β,γ-ciclobutano-prolina: Se prepararon dos nuevas series de péptidos híbridos ciclobutano-prolina de longitud variable (6, 8, 10 y 12 aminoácidos). Ninguna de las dos series sintetizadas presentó toxicidad y exhibieron una buena capacidad de internalización celular en células HeLa. Sin embargo, la cantidad de péptido internalizado es baja al compararlo con Tat (péptido referencia). Por otro lado, los resultados de citometría de flujo y microscopía confocal evidencian una eficiente capacidad de internalización (comparable con Tat) del γ,γ-dodecapéptido ciclobutano-prolina en promastigotes de Leishmania donovani. / The structural unit of cyclobutane ring is an important platform present in several bioactive compounds and key intermediates for the chemical synthesis of funtionalized compounds with interesting physicochemical properties and possible applications in fields such as biomedicine and materials. The 1,2- and 1,3-difunctionalized compounds exhibit a high synthetic versatility and some structural advantages due to the presence of both the cyclobutane ring, as a conformational constraining element, and two chiral centers of known configuration. Because of the synthetic versatility of the 1,2- and 1,3-difunctionalized compounds and the chirality of the cyclobutane ring three groups of optically active compounds were prepared. • Polyfunctional cyclobutane surfactants: Four new chiral amphiphilic compounds were prepared. Then, a physicochemical study and the characterization of the surface properties of the amide derived zwiterionic surfactant were carried out. As a result, a surfactant as a mixture of the amide derivative and its corresponding trifluoroacetate salt was achieved. This mixture behaves as an efficient surfactant with oligolamellar vesicle type aggregation. • Triamine cyclobutane cores conjugated to Gd(III)-DOTA: A stereoselective synthesis of four compounds was carried out. They exhibit a cyclobutane core conjugated to Gd-DOTA and were studied as possible Contrast Agents (CAs) in Magnetic Resonance Imaging (MRI). The MRI results and the theoretical calculations suggest a wide influence of the N-H and N-Me substitutions and the protecting groups of the amine function in the contrast capacity. The bis(acetamide) complex showed a better relaxivity than the DOTAREM reference compound making it a possible candidate for its use as a CA-T1. • Hybrid γ,γ- and β,γ-cyclobutane-proline peptides: Two new series of hybrid cyclobutane-proline peptides of various lengths (6, 8, 10 and 12 amino acids) were prepared. These two series have shown to be non-toxic and exhibited a good capacity of cell penetration in HeLa cells. However, the amount of penetrated peptide is lower than that of Tat (reference peptide). Additionally, the flow cytometry and confocal microscopy results show an efficient penetration capacity (comparable to Tat) of the cyclobutane-proline γ,γ-dodecapeptide within promastigotes of Leishmania donovani.