Los estudios que se han llevado a cabo en esta tesis se basan en el desarrollo de métodos para la eliminación de contaminantes en aguas mediante procesos en lo que no se utilizan reactivos, lo que proporcionan un valor añadido al tratamiento del agua contaminada. En nuestro caso, los métodos utilizados se centrar en la eliminación de oxoaniones de arsénico y selenio en disoluciones acuosas mediante procesos de adsorción-desorción. Estos procesos caracterizados por la no utilización de reactivos se desarrollaron mediante el estudio de parámetros termodinámicos, como por ejemplo, la temperatura y/o el potencial redox de las disoluciones de estudio. Por tanto, estos métodos no solo nos proporcionarán un ahorro de reactivos en la recuperación del adsorbente, sino que permitirán el reciclado de dicho adsorbente y su reutilización. La capacidad de adsorción del arsenito/arsenato en la esponja cargada con nanoparticulas de óxido de hierro superparamagneticas (SPION) está influenciada por el pH, el tiempo de contacto, la concentración inicial, cantidad de adsorbente, la temperatura y por el potencial redox. La adsorción máxima para el arsenato en el sistema esponja-SPION se ha obtenido en medio ácido (pH 3.6) tras 1 hora a 20ºC, mientras que el equilibrio de desorción se alcanzó a las 2h a 70ºC. Las constantes del equilibrio de adsorcion se determinaron como logK20=4,198 y logK70=1.023 a 20°C y 70°C respectivamente. La disminución de estos valores se relacionan un valor de ∆G negativo, lo que indica un aumento de la adsorción de As(V) cuando la temperatura disminuye. Los valores de ∆H y ∆S calculados son -122,150 kJ mol-1 y 337 J mol-1 K-1 respectivamente, lo que indica que el proceso de adsorción es exotérmico. La oxidación de As(III) a As(V) y el proceso de reducción correspondiente fueron caracterizados para probar el concepto de potencial redox como parámetro clave en estos procesos. La oxidación de As(III) a As(V) mediante dicromato de potasio (tasa de conversión>91%) y la reducción de As(V) a As(III) mediante zinc en polvo o estaño laminado (tasa de conversión>90%) en presencia del adsorbente han mostrado el efecto que tiene el potencial redox en el proceso de adsorción. Por otro lado, también se han estudiado las características del proceso de adsorción/desorción de los aniones selenito/selenato utilizando como adsorbente nanoesferas de γ-Al2O3 y esponja cargada con SPION. La máxima adsorción que presentan selenato y selenito sobre γ-Al2O3 se alcanzó a las 6 horas en un medio ácido (pH 2) a 20ºC y a las 14h a 70ºC, respectivamente. Los estudios cinéticos y termodinámicos muestran que los datos se ajustan a una cinética de pseudo-segundo orden y a una isoterma de Frendlich. El valor de ∆H obtenido para Se(IV) y Se(VI) entre 20ºC y 70ºC fue de 13,955 KJ mol-1 y -3,927 KJ mol-1 respectivamente. Por tanto, el sistema esponja-SPION tiene una mayor capacidad de adsorción para arsenato y selenato que para arsenito y selenito. La máxima adsorción para selenato en el sistema esponja-SPION se alcanzó tras 1h en medio ácido (pH 3,6) a 20ºC y tras 6h a 70ºC respectivamente, mientras que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio en el caso del selenito fue de 14h a 20ºC y 24h a 70ºC. En conclusión, se han estudiado el efecto que tiene sobre el proceso de adsorción-desorcion la combinación de los aspectos que depende de la temperatura con el potencial redox. El modo en columna utilizado para el tratamiento de aguas residuales, que contienen arsenato/arsenito o selenato/selenito, confirma que estos oxoaniones tóxicos se pueden eliminar con estos adsorbentes, que además pueden ser regenerados y reutilizados controlando combinando la temperatura y el uso de un agente reductor. / The studies that have been carried out in the present PhD thesis project are based on the development of methods to remove water pollutants by using reagent-less processes and to provide and added value to the contaminated water treatment. In our case, the methods are related to arsenic or selenium oxyanions removal in aqueous solution. Methods are based on sorption-desorption processes for the indicated oxyanions. Nanostructured materials have been implemented as adsorption substances, being either iron or aluminum oxides the nanoparticles active constituents. Reagent-less processes were developed by using intensive thermodynamic parameters, e.g, temperature and/or redox potential of the target solution. Appropriate tuning of these parameters will allow both process selectivity and regeneration of the adsorption material. Synergic interaction of thermo-tuning with redox variation will provide such results. Thus, this reagentless method could not only provide reagent savings for recovering the adsorbent, but also the adsorbent recycling to be reused will contribute to a-cost efficient process. The results show as follows: The adsorption capacity of arsenate/arsenite on sponge loaded with superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) is influenced by pH, contact time, initial concentration, adsorbent dosage, temperature as well as redox potential. The maximum adsorption for arsenate on sponge-SPION was obtained in an acid media (pH 3.6) in 1 hour contact time under 20ºC while desorption equilibrium was achieved with 2 hours under 70ºC. Equilibrium adsorption constants were determined as log K20=4.198 and log K70=1.023 under 20ºC and 70ºC respectively. These values correlate with the decrease of related negative ∆G° values, indicating the adsorption increase of As(V) when temperature decreases. ΔH° and ΔS° were found to be -122.150 kJ mol-1 and 337 J mol-1 K-1 respectively, indicating the adsorption reaction to be exothermic. The oxidation of As (III) to As(V) and the respective reduction processes were characterized to prove the concept of using redox potential as key parameter for a reagent-less process. Oxidation of As(III) to As(V) by potassium dichromate (conversion rate>91%) and reduction As(V) to As(III) by Zn powder or Sn foil (conversion rate>90%) in presence of the adsorbent, have shown the effect on the adsorption when tuning the solution redox potential, being As(V) of higher adsorption capacity than As(III). In addition, aqueous selenate/ selenite adsorption/desorption characteristics by γ-Al2O3 nanospheres or SPION loaded sponge were also investigated. The maximum adsorption for selenate and selenite on γ-Al2O3 nanospheres was achieved at pH 2 in 6 hours under 20ºC and 14 hours under 70ºC, respectively. The kinetic and thermodynamic studies show that they are fitted very well to the pseudo-second order and Frendlich isotherm model. The ∆H value of Se (IV) and Se (VI) between 20ºC and 70ºC were -13.955 KJ mol-1and -3.927 KJ mol-1,respectively. It shows that lower temperature favor removal of aqueous selenium. The results represent very similar adsorption phenomenon of selenate/selenite on sponge- SPION as that of arsenate/arsenite on sponge-SPION, thus, sponge-SPION has much higher adsorption capacity for arsenate or selenate than that of arsenite or selenite. The maximum adsorption for selenate and selenite on sponge loaded with SPION was achieved at pH 3.6 in 1 hour under 20ºC and 6 hours under 70ºC, respectively, while time for obtaining equilibrium of selenite needs 14 hours under 20ºC and 24 hours under 70ºC. More importantly, the temperature dependence aspects combined with the redox potential effect for controlling the adsorption-desorption process have been studied. The column mode for treating the waste water, which contains the arsenate/ arsenite or selenate/selenite systems, confirms that toxic oxyanions could be removed by the related adsorbent, which could be regenerated and reused by controlling the temperature combined with the tuning of the reducing reagent.

La urolitiasis es una de las enfermedades urológicas más frecuentes, que se producen tanto en los países industrializados como en vías de desarrollo. La tasa de incidencia es de hasta el 15% en hombres de raza blanca y el 6% de todas las mujeres. La recurrencia afecta aproximadamente a la mitad de los afectados. Los cálculos renales son agregados cristalinos que causan la obstrucción de la orina en el sistema colector renal, uréteres o uretra, resultando en dolor severo, sangrado o erosión local del tejido renal. La etiología del cálculo urinario formado es resultado de diferentes mecanismos que todavía no son bien entendidos. Los retos que plantea la litiasis urinarias son entre otros, mejores opciones terapéuticas, diagnóstico interdisciplinario y prevención secundaria. El propósito de esta tesis es ofrecer conocimiento a los retos mencionados utilizando nuevos métodos científicos o materiales. La tesis expone el trabajo desarrollado en tres áreas relativas a la urolitiasis: extracción de inhibidores clave de alimentos, determinación de inhibidores de fósforo mediante un nuevo material desarrollado, y el análisis de fraccionamiento isotópico de cobre de pacientes de urolitiasis En la primera sección se evalúa el uso de la extracción asistida por microondas (MAE) para extraer cuantitativamente los inhibidoresde litiasis ácido fítico (IP6) y pirofosfato (PPi) de nueces. Se escogieron nueces son un componente importante de la dieta humana, ricas en ácidos grasos poliinsaturados y tienen capacidad antioxidante Se optimizaron los parámetros: concentración del ácido utilizado para la extracción, el tiempo y la temperatura de tratamiento. También se ha evaluado la hidrólisis del ácido fítico. Los mejores resultados se obtuvieron para una mezcla de 0,52 M de H2SO4 y 0,66 M HCl a 100 °C durante 10 min. En comparación con el método de extracción convencional, MAE reduce el tiempo de extracción de 3h a 10 min obteniendo los mismos resultados de recuperación. La segunda sección de la tesis está dedicada a desarrollar un nuevo Polímero de Impresión Molecular (MIP) para adsorber y separar IP6 y PPi. En este trabajo, los polímeros han sido desarrollados utilizando tres compuesto organofosforados como plantilla, ácido fenilfosfónico (PA), Di‐ (2‐etilhexil) ácido fosfórico (DEHPA) y ácido pirofosfórico. El MIP se preparó mediante polimerización térmica utilizando N‐aliltiourea (AT) como monómero y dimetacrilato de etilenglicol (EGDMA) como agente de reticulación. Los resultados muestran que el MIP formado usando DEHPA presenta la mejor adsorción para IP6 y el proceso de adsorción es bastante rápido. El pH tiene un efecto significativo sobre el comportamiento de adsorción de IP6, PPi y fosfato por lo que utilizando diferentes concentraciones de pH IP6, PPi y fosfato pueden separarse mediante el uso del MIP en una extracción en fase sólida. La tercera parte de la tesis considera un aspecto fisiológico de la urolitiasis. En la literatura se describe al Cobre como inhibidor del crecimiento de cálculos renales y una disfunción en el metabolismo del cobre puede estar relacionado con la etiología de la enfermedad. El estudio de la relación isotópica de cobre en sangre (suero y glóbulos rojos) de pacientes urolitiásicos del área de Barcelona se analizó y comparó con controles sanos. El Cu se separó y purificó mediante cromatografía de intercambio aniónico y analizó con un multi‐colector ICP‐MS. Los resultados muestran que, para la población considerada en este estudio, tanto la concentración como la relación isotópica (65Cu/63Cu) muestran diferencias entre pacientes y controles. Aunque se necesitan más estudios con un número mayor de muestras, los resultados son alentadores en cuanto a la utilización del análisis isotópico de Cu para el estudio de la enfermedad urolitiásica. / Urolithiasis is one of the most prevalent urological diseases, occurring in both industrialized and developing countries. The incidence rate is up to 15% of white men and 6% of all women and the recurrence affect about half of those people. Kidney stones are aggregates of crystals that cause obstruction of urine flow in the renal collecting system, ureters, or urethra and result in severe pain, bleeding or local erosion of kidney tissue. The etiological diversity of urinary stone formed as a result of different mechanisms which is still not well understood. The challenges posed by urinary lithiasis demands enhanced interdisciplinary diagnostic, therapeutic options and secondary prevention. The purpose of this thesis is to offer knowledge to the previous mentioned challenges using novel scientific methods or materials. The dissertation exposes the work developed in three areas concerning urolithiasis, which embeds urolithiasis key inhibitors extraction from food, phosphorous inhibitors determination by using novel material, and copper isotopic fractionation analysis from urolithiasis patients The first section in the dissertation is devoted to the use of microwave assisted extraction (MAE) technique to quantitatively extract the two phosphorous inhibitors of urolithiasis, phytic acid (IP6) and pyrophosphate (PPi), from walnut since the existing extraction method and quantitative analysis show inconveniences. Walnuts were chosen since they are highly consumed, rich in polyunsaturated fatty acid and provide significant benefits due to the antioxidant capacity. Three main parameters were considered to optimize the condition of microwave-assisted extraction: acid content of extracting solvent, extraction time and treatment temperature. The hydrolysis of phytic acid by microwave treatment was also investigated for all the tested conditions. The extraction using mixture of 0.52 M H2SO4 and 0.66 M HCl under MAE condition (100°C, 10min) shows a better extract ability for both IP6 and PPi. Compared with the conventional acid extraction method, the microwave-assisted extraction method developed reduces extraction time from 3h to 10 min obtaining the same recovery results. The second section in the dissertation is devoted to develop a novel material based on molecular imprinted technology for selectively adsorb and separate the IP6 and PPi. In this work, polymers have been molecularly imprinted using three organophosphorus compounds as template, phenylphosphonic acid (PA), Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (DEHPA) and pyrophosphoric acid. The Molecularly Imprinted Polymer, MIP, was prepared by thermal polymerization using Nallylthiourea (AT) as functional monomer and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as crosslinker. The batch adsorption experiments show that the MIP using DEHPA has the best specific adsorption for IP6 and the adsorption process is quite fast. The pH has a significant effect on the adsorption behavior of IP6, PPi and phosphate. Through modification of the pH of the eluting solvent, IP6, PPi and phosphate can be separated by SPE procedure using the developed MIP. The third part of the thesis considers the physiological aspect of urolithiasis. In the literature Copper has shown inhibitory effect on the growth of kidney stone and disordered in copper metabolism may be important in the aetiology of disease. The blood Copper isotope fractionation from urolithiasis patients from Barcelona area was analyzed and compared to healthy controls. The serum and red cell samples Cu isotope compositions was measured by multi-collector ICP-MS after separation and purification by anion exchange chromatography. Our results show that, for the population considered in this study, Cu concentration and Cu isotopic ratio (65Cu/63Cu) show different value between the urolithiasis patients and the healthy people. Although further studies with a larger number of samples are needed, results are encouraging as far as the use of Cu isotopic analysis for the study of urolithiasis disease.

La presente Tesis describe el diseño y la evaluación de nuevas estrategias, tanto ópticas como electroquímicas, para la detección rápida de bacterias patógenas en seguridad alimentaria. En la misma, se evalúan diferentes plataformas electroquímicas, basadas principalmente en biocompósitos de grafito-epoxi así como en el acoplamiento de partículas magnéticas a compósitos de grafito-epoxi. Las partículas magnéticas utilizadas permitieron la inmovilización covalente del bioreceptor en su superficie, tales como partículas magnéticas modificadas con estreptavidina, anticuerpos o bacteriófagos, así como también la inmovilización electroestática del analito mediante las partículas magnéticas de sílice. De este modo, se estudiaron diversas interacciones de bioafinidad tales como biotina-avidina, anticuerpo-antígeno y bacteriófago-receptores de superficie bacterianos. En primer lugar, se evaluó un método rápido de cribado para la tuberculosis bovina en leche y productos lácteos basado en un genosensor electroquímico de ADN específico para M. bovis. En este estudio se evaluaron dos plataformas: i) biocompósitos grafito-epoxi de avidina (Av-GEB), y ii) magneto-electrodos basados en compósitos grafito-epoxi (m-GEC) acoplados a partículas magnéticas. Se determinaron muestras de leche provenientes de granjas y se compararon con el test de tuberculina, así como en un ensayo inter-laboratorio de PCR. A continuación se estudiaron diferentes estrategias bioanalíticas para la detección de bacterias patógenas utilizando Salmonella como modelo. La primera estrategia se basa en un doble bioreconocimiento de la bacteria, i.e. inmunológico y genético. Las bacterias fueron capturadas y pre-concentradas de muestras alimentarias mediante partículas magnéticas modificadas con el anticuerpo específico para Salmonella a través de la reacción inmunológica. Tras la separación inmunomagnética, las bacterias capturadas fueron lisadas y el ADN amplificado específicamente mediante PCR con cebadores doblemente marcados. Por último, el amplicon fue detectado mediante un magneto-genosensor electroquímico. La segunda estrategia se basó, por primera vez, en el uso de bacteriófagos como elemento de bioreconocimiento en la separación magnética de bacterias patógenas. Así, se exploró el potencial de los fagos tomando como modelo el fago P22 específico para Salmonella, el cual se inmovilizó de forma orientada sobre las partículas magnéticas. A continuación las bacterias fueron capturadas y pre-concentradas mediante las partículas modificadas a través de la interacción fago-huésped. Para confirmar la identidad de las bacterias se procedió a la amplificación del ADN mediante PCR de doble marcación y detección mediante un magneto-genosensor electroquímico. La tercera estrategia presentada para detección de Salmonella se basó en la detección de la célula entera mediante un doble reconocimiento inmunológico. Las bacterias fueron capturadas y pre-concentradas de muestras alimentarias mediante separación inmunomagnética. A continuación, la marcación enzimática se realizó mediante un segundo anticuerpo específico para Salmonella, llevándose a cabo de este modo la detección mediante un magneto-inmunosensor electroquímico. Aunque los límites de detección obtenidos fueron superiores, el tiempo de ensayo y la complejidad del procedimiento fueron reducidos considerablemente. Las características analíticas de esta estrategia fueron evaluadas no solo para detección electroquímica sino también óptica, desarrollando de este modo un magneto-inmunoensayo óptico como última estrategia presentada para detección de Salmonella. Finalmente, la última estrategia desarrollada en la Tesis se basó en la detección de los tres patógenos más frecuentes en seguridad alimentaria (Salmonella, Listeria y E. coli) mediante un magneto-genosensor electroquímico. Tras la extracción del genoma bacteriano se realizó la amplificación de este mediante PCR utilizando cebadores con tres marcas diferentes. Los amplicones marcados fueron inmovilizados en partículas magnéticas de sílice y posteriormente detectados electroquímicamente. Cabe destacar que biosensores basados en las estrategias presentadas en esta Tesis son herramientas ideales para ser utilizados en la detección rápida, económica y sensible del riesgo de contaminación de patógenos en una gran variedad de matrices. / This dissertation reports the design and evaluation of novel strategies, based on both optical and electrochemical detection, for the rapid detection of pathogenic bacteria in food safety applications. Different electrochemical platforms, based on the coupling of magnetic particles with magneto graphite-epoxy composite as well as graphite-epoxy biocomposite, were explored. Magnetic particles which allow covalent or electrostatic immobilisation were used, e.g. silica, streptavidin, antibody and phage-modified magnetic particles. Thus, several bioaffinity interactions such as biotin-avidin, antibody-antigen and bacteriophage-bacterial surface receptors were evaluated. Firstly, a rapid method for screening-out of bovine tuberculosis in milk and dairy products based on electrochemical genosensing of DNA specific of M. bovis is presented. In this study, two different platforms for electrochemical genosensing were evaluated: i) an avidin-biocomposite (Av-GEB), and ii) streptavidin-modified magnetic particles coupled with a magneto-electrode based on graphite-epoxy composite (m-GEC). The comparison with the tuberculin skin test and an inter-laboratory PCR assay was performed with raw milk samples collected from local dairy farm tanks. Moreover, different biosensing strategies for pathogenic bacteria were evaluated by using Salmonella as a model. The first approach relies on a double biorecognition of the bacteria, i.e. immunological and genetic biorecognition. The bacteria were captured and pre-concentrated from food samples with magnetic particles by the immunological reaction with the specific antibody against Salmonella. After the immunomagnetic separation, the captured bacteria were lysed, and further amplification of the genetic material by Polymerase Chain Reaction with a double-tagging set of primers was performed to confirm the identity of the bacteria. The double-tagged amplicon was then detected by electrochemical magneto- genosensing. The second strategy is based, for the first time, on the use of bacteriophages, as biorecognition element for the magnetic separation of pathogenic bacteria. The phage capabilities were explored by using the phage P22 towards Salmonella as a model which was immobilised in an oriented way on magnetic particles. The bacteria were then captured and pre-concentrated by the phage-modified magnetic particles throughout the phage-host interaction. To confirm the identity of the bacteria, further double-tagging PCR amplification of the captured bacteria DNA and electrochemical magneto-genosensing of the amplicon were performed. The third strategy for Salmonella detection relies on the detection of the whole bacteria by a double immunological recognition. The bacteria were captured from food samples and pre-concentrated by immunomagnetic separation. Then, the enzymatic labelling of the bacteria was also performed using a specific antibody against Salmonella, performing thus the electrochemical magneto-immunosensing. Although higher LODs were obtained, the assay time and complexity of the procedure were reduced considerably. The analytical features of the magneto-immunosensing of Salmonella were evaluated not only for electrochemical but also for optical detection, developing thus an optical magneto-immunoassay as the last strategy presented for Salmonella detection in this dissertation. Finally, the last strategy developed is based on the electrochemical magneto-genosensing of the three most common pathogenic bacteria in food safety (Salmonella, Listeria and E. coli). This approach was performed by the release of the bacteria genome followed by PCR in order to obtain the tagged amplicons by using three different coding tags. The tagged amplicons were then immobilised on silica magnetic particles. To confirm the identity of the three bacteria, the tagged amplicons were detected by electrochemical magneto-genosensing using three different electrochemical reporters. It is important to highlight that biosensing devices based on these strategies are ideal tools for being used as an alarm to rapidly detect the risk of contamination by pathogens in an inexpensive and sensitive manner and in a wide variety of matrixes.

Los procesos catalíticos son una herramienta muy útil en la obtención de diversos compuestos de interés tanto académico como industrial. Se busca entonces procesos que conlleven entre otros, altos rendimientos, elevada selectividad, tiempo de reacción más cortos, menores costos de producción y metodologías respetuosas con el medio ambiente. Es por ello el interés en desarrollar sistemas catalíticos que puedan ayudar a suplir estas necesidades. Dada la relevancia de los sistemas catalíticos, se investigó sobre este tópico en la presente tesis doctoral. Para ello, se partió de la experiencia que tiene el grupo en la obtención de nanopartículas y su aplicación en catálisis. De este modo fueron de interés los materiales nanométricos desde dos puntos de vista. El primero se basa en la utilización de las nanopartículas metálicas como soporte de un organocatalizador y el segundo en la utilización de las nanopartículas metálicas como catalizadores. En esta tesis doctoral se desarrollaron procesos catalíticos basados en el uso nanopartículas de iridio y oro. Siguiendo los resultados preliminares de la doctora Sandra Niembro en su tesis doctoral, se reprodujo y optimizó la obtención de nanoparticulas de oro como soporte del organocatalizador cinconina. Para ello se obtuvieron nanopartículas de oro de acuerdo al método de Brust. Luego, mediante una reacción de intercambio de ligando se obtuvieron nanopartículas de oro en cuya superficie se logró anclar la cinconina. Con el organocatalizador soportado sobre las nanopartículas, se realizaron pruebas catalíticas en la reacción de adición enantioselectiva de α-aminación de β-cetoesteres a diferentes condiciones de temperatura y de cantidad (%mol) del catalizador. Se lograron altos porcentajes de rendimientos (97% a 0°C) y resultados de excesos enantioméricos comparables con la literatura (78 % ee).También se realizaron algunas pruebas de recuperación y reutilización del catalizador. También fueron de interés en esta tesis doctoral, la obtención de nanopartículas de iridio, las cuales fueron soportadas sobre un material híbrido orgánico-inorgánico, desarrollado previamente en nuestro grupo de investigación. Luego de reproducir la obtención del material híbrido orgánico-inorgánico se prepararon las nanopartículas de iridio soportadas sobre tal material. Se obtuvieron nanopartículas (Ir/material híbrido) de un tamaño entre 0.5-1.4 nm y con 18 % Ir (93% rendimiento). Dado que los resultados obtenidos en la obtención de las nanopartículas Ir/material híbrido fueron muy reproducibles se decidió aplicar el método optimizado en la obtención nanopartículas de iridio soportadas sobre silica-gel (Ir/SiO2) y también intentar obtener nanopartículas de iridio estabilizadas solo con el solvente de la reacción (difenil éter). En ambos casos, se obtuvieron nanopartículas de iridio de tamaño similar a las anteriormente mencionadas (0.5-1.4 nm para Ir/SiO2; 0.5-1.3 nm y 23% Ir (91% rdt) para Ir/difenil éter). El interés se centró en las nanopartículas Ir/material híbrido y Ir/difenil éter. Ambas fueron utilizadas como catalizadores en reacciones de oxidación de alcoholes bencílicos y el hidrocaburo xanteno utilizando oxígeno como oxidante, a 100 °C y tolueno. Los ensayos catalíticos, conllevaron la activación de las nanopartículas mediante un moderado calentamiento (135 °C) durante 2 horas. Se obtuvieron altos porcentajes de rendimiento alrededor del 90% hacia la formación del aldehído (sustrato: alcohol). Se resalta que los resultados se lograron sin la adición de bases. Se realizó una prueba de recuperación y reutilización del catalizador Ir/difenil éter con alto porcentaje de rendimiento. Los resultados obtenidos con estas nanopartículas de iridio desarrolladas en esta tesis doctoral, han sido de interés por otros investigadores y en estos momentos están siendo evaluadas en colaboración por el grupo del Prof Sandro Cacchi, de la Universidad de la Sapienza en Roma. Se considera como perspectivas, que las nanopartículas de iridio podrían aplicarse como catalizadores en reacciones de oxidación de otros alcoholes y otros hidrocarburos. Además tal vez se podría aplicar el método de obtención de estas nanopartículas a otros metales con precursores metal-carbonilo. / Catalytic processes are a useful tool for obtaining a wide variety of compounds with application in academia and industry. In this manner, the interest in developing catalytic systems has increase in the last years, and researchers are investigating in new methodologies in order to achieve high yields, high selectivity, short reaction times, lower production costs and environmental friendly protocols. Due to the importance and applicability of the catalytic systems and based on the experience of the group in the area of nanoparticles and its application in catalysis, these topics were the central subjects of this doctoral thesis. Particularly, we were interested on nanoscale materials from two points of view. The first was the use of nanoparticles as support for an organocatalyst and the second was the direct use of nanoparticles as the catalyst. In this doctoral thesis we developed catalytic processes in the presence of nanoparticles of iridium and gold by following the preliminary results obtained in Dr. Sandra Niembro’s doctoral thesis. We reproduced and optimized the synthesis of gold nanoparticles as support of the organocatalyst cinchonine. The cinchonine anchored to the surface of the gold nanoparticles was obtained by Brust’s method followed by a ligand exchange reaction. The catalytic activity of this organocatalyst supported on nanoparticles was tested in the enantioselective addition of α-amination of β-keto esters at different reaction conditions by varying the temperature and the amount (mol%) of catalyst. High yields were obtained (97% at 0 °C) and the enantiomeric excess was comparable with the reported in the literature (78% ee). We also test the recovery and reuse of catalyst. We were also interested in the synthesis of iridium nanoparticles which were supported on an organic-inorganic hybrid material that was previously developed in our research group. After reproducing the synthesis of the organic-inorganic hybrid material we prepared the iridium nanoparticles supported on such material. We obtained nanoparticles (Ir / hybrid material) of a size between (0.5-1.4) nm 18% Ir (93% yield). Due to the reproducibility of this methodology, we also apply this procedure in the synthesis of iridium nanoparticles supported on silica-gel (Ir/SiO2) and in the synthesis of stabilized iridium nanoparticles by the reaction solvent (biphenyl ether). In both cases, iridium nanoparticles were obtained in similar size to the mentioned above, (0.5-1.4) nm (Ir/SiO2) and (0.5-1.3) nm, 23% Ir (91% yield) nanoparticles Ir /biphenyl ether, respectively. Both nanoparticles Ir/ hybrid material and Ir/ diphenyl ether were used as catalysts in the oxidation reaction of benzyl alcohols and xanthene using oxygen as oxidant, at 100 °C and toluene as solvent. Importantly, the activation of the nanoparticles was performed by a moderate heating at 135 °C for 2 hours. High yields were obtained (up to 90%) to the formation of the aldehyde (substrate: alcohol). Remarkably, these results were achieved without the addition of bases. The recovery and reuse of the catalyst were also achieved in high yields. The results obtained with the iridium nanoparticles developed in this thesis, were of interest to other researchers and the group of Professor Sandro Cacchi, University of La Sapienza in Rome, is currently evaluating them in collaboration with our research group. The outlook of this doctoral thesis are the application of iridium nanoparticles in the oxidation reactions of other substrates such as alcohols or hydrocarbons, and also the extension of the synthetic procedure of other metal nanoparticles from other metal carbonyl precursors.

L’ús d’anàlegs de nucleòsids en teràpia antivírica s’ha convertit en una opció important durant les tres últimes dècades. En els últims anys, l’atenció s’ha centrat en els carbanucleòsids, que són més resistents als processos hidrolítics i tenen una millor absorció i penetració a través de la membrana cel·lular com a resultat de la seva major lipofília. Els anàlegs de nucleòsids amb estructura ciclohexènica són una classe prometedora de compostos antiviral, en què la substitució de l’àtom d’oxigen de l’anell de furanosa per un doble enllaç indueix una flexibilitat anul·lar similar a la dels nucleòsids naturals. Recentment, s’ha descrit que ambdós enantiòmers de ciclohexenil G (DCG i LCG) presenten una potent i selectiva activitat contra el virus de l’herpes. D’altra banda, les tècniques de modelatge molecular han estat una de les pedres angulars en el disseny i optimització de compostos terapèutics. Concretament, les tècniques d'acoblament molecular (docking), que s'utilitzen per predir l'afinitat d'unió d'una molècula orgànica a una macromolècula, han demostrat ser una eina de molta utilitat. En el camp d’anàlegs de nucleòsids, aquestes tècniques permeten simular tant el seu procés d'activació, així com la posterior interacció amb la seva diana, la polimerasa viral corresponent. Aquesta tesi es centra en el disseny racional i la síntesi d'una sèrie de nucleòsids carbocíclics de sis baules basats en l'esquelet de D- i L-Ciclohexenil G com a agents contra el virus de l’herpes. En particular, s'ha dut a terme un estudi de modelatge molecular de tot el procés d'activació d’una sèrie de nucleòsids ciclohexànics i biciclo[4.1.0]heptànics per mitjà de càlculs de docking. Com a resultat d’aquest estudi computacional, vam decidir desenvolupar un nova estratègia sintètica cap a la síntesi estereoselectiva d'anàlegs de nucleòsids amb estructura biciclo[4.1.0]heptànica. En concret, s’han sintetitzat quatre nous nucleòsids amb estructura biciclo[4.1.0]heptànica que contenen diferents bases púriques i pirimidíniques, a partir de la 1,4-ciclohexandiona comercial en 14-16 etapes i rendiments globals d’entre el 2% i el 10%. A més a més, s’ha descrit un nou procediment per la síntesi de (2R,3R,8R)-2,3-difenil-1,4-dioxaespiro[4.5]deca-6-en-8-ol, que és un intermedi de la síntesis d’aquests anàlegs de nucleòsids, juntament amb la síntesi enantioselectiva d’ambdós enantiòmers de la (4R)-hidroxi-2-ciclohexenona i els seus derivats sililats. Aquests procediments competeixen positivament amb les metodologies publicades. L'activitat biològica dels compostos sintetitzats contra diversos virus ha estat avaluada. Per desgràcia, no mostren activitat antivírica significativa. Per tal de racionalitzar aquesta manca d'activitat, la interacció dels fàrmacs candidats amb la seva diana ha estat avaluada. Com que no hi ha estructures cristal·logràfiques del procés de replicació, s’ha generat un model en 3D per mitjà del modelatge d’homologia. Aquesta metodologia permet la predicció d’estructures en 3D de macromolècules basades en estructures conegudes de proteines homólogues (plantilles). Els càlculs han revelat que l’activitat antivírica d’aquests compostos està restringida per la seva incorporació al DNA del virus. / The application of nucleoside analogues in antiviral therapy has evolved into an important option over the last three decades. In recent years, attention has been focused on carbanucleosides, which are more resistant to hydrolytic processes and have better absorption and penetration through the cell membrane as a result of their higher lipophilicity. Cyclohexenyl nucleosides are a promising class of antiviral compounds, wherein replacement of the oxygen atom of the furanose ring by a double bond induces annular flexibility, similar to that of regular nucleosides. Recently, it has been described that both enantiomers of cyclohexenyl G (DCG and LCG) display potent and selective anti-herpes virus activity. On the other hand, molecular modelling techniques have been one of the cornerstones in the design and optimization of novel therapeutic agents. Specifically, molecular docking techniques, which are used to predict the binding affinity of an organic molecule to a macromolecule, have become a useful tool. In the field of nucleoside analogues, docking techniques may be applied to simulate both their activation process as well as their interaction with their target, the corresponding viral polymerase. The present thesis is focused on the rational design and synthesis of a series of six-membered carbocyclic nucleosides based on the skeleton of D- and L-Cyclohexenyl G as anti-herpes virus agents. In particular, a molecular modelling study on the whole activation process of a set of cyclohexene and bicyclo[4.1.0]heptane c nucleosides has been carried out by means of protein-ligand docking calculations. As a result of the computational study, we decided to develop a new synthetic strategy towards the stereoselective synthesis of nucleoside analogues with a bicyclo[4.1.0]heptane structure. Specifically, it has been synthesised four novel bicyclo[4.1.0]heptane nucleosides bearing different purine and pyrimidine bases, starting from 1,4-cyclohexanedione in 14-16 steps and overall yields between 2% and 10%. In addition, it has been described a new procedure to synthesise (2R,3R,8R)-2,3-diphenyl-1,4-dioxaspiro[4.5]decan-6-ene-8-ol, which is an intermediate for the synthesis of these nucleoside analogues, along with the enantioselective synthesis of both enantiomers of (4R)-hydroxy-2-cyclohexenone and their O-silyl derivatives. These procedures compete positively with the published methodologies. The biological activity of the synthesised analogues against several viruses has been evaluated, although none of them displayed significant activity. In order to rationalise this lack of activity, the interaction of the drug candidates with their target has been evaluated. As there is no crystallographic structure of the replication process, a 3D model has been generated by means of a homology modelling like approach. This methodology allows the prediction of 3D structures of macromolecules based on known structures of homologous proteins (templates). The theoretical calculations have revealed that the antiviral activity of these candidates is restricted by their incorporation into the viral DNA.

La presente Tesis Doctoral aborda uno de los campos en los que la RMN de alta resolución se ha introducido en los últimos años: el estudio del fenómeno de la difusión traslacional molecular en disolución y su importancia en el análisis de mezclas de compuestos, determinación de tamaños moleculares y en el estudio de una gran variedad de interacciones inter- e intra-moleculares. En la tesis se describe la puesta a punto de los experimentos de RMN diseñados para la determinación de coeficientes de difusión, se presenta una breve introducción al concepto de difusión molecular y de gradientes de campo magnético, se realiza un estudio detallado de las diferentes metodologías existentes para medir la difusión molecular y se detalla la parte experimental necesaria para adquirir y procesar los datos. Gran parte del trabajo se centra en el estudio de los factores experimentales que más afectan la precisión y la reproducibilidad de las medidas de difusión, concentrándonos sobretodo en las llamadas corrientes de convección. Se evalúa la realización de experimentos de difusión girando el tubo a velocidades apropiadas para minimizar estos efectos de convección y se hace un estudio comparativo con secuencias diseñadas específicamente para dicho fin. También se estudia la dependencia de ciertos factores experimentales (la temperatura, el disolvente, la concentración…) en las medidas de difusión, y se muestran algunas de las principales aplicaciones. / The present Doctoral thesis deals with one of the fields in which high resolution NMR has been introduced in recent years: the study of the phenomenon of molecular translational diffusion motion in dissolution and its importance in the analysis of mixtures of compounds, determination of molecular sizes and the study of a wide variety of inter- and intra-molecular interactions. The thesis describes the development of NMR experiments designed to determine diffusion coefficients, presents a detailed study of the different existing methodologies to measure the molecular diffusion and point out the experimental part necessary to acquire and process data. Much of the work focuses on the study of the experimental factors that most affect the precision and reproducibility, concentrating especially on convection currents. It is proposed the realization of diffusion experiments with the appropriate speeds to minimize these effects of convection and makes a comparative study with sequences designed specifically for this purpose. Finally, the dependence of certain experimental factors (temperature, solvent, concentration...) and some of the main applications was also presented.

La present tesi doctoral està dividida en dues parts ben diferenciades: la primera tracta sobre acoblaments C-C catalitzats per pal·ladi utilitzant sals de diazoni (capítols 1 i 2) i la segona sobre el colorants hidrofòbics (capítols 3 i 4). El capítol 1 constitueix el primer estudi ampli sobre la reactivitat i l'aplicabilitat de les sals de diazoni en la reacció de Matsuda-Heck en un medi totalment aquós, estudiant-se l'efecte que tenen nombrosos factors com el tipus de catalitzador, la temperatura o l'ús de tensioactius (entre d'altres) sobre la mateixa. A més, emprant sals de diazoni i alquens de diversa naturalesa, s'estudia el scope de la reacció i l'efecte electrònic i estèric que tenen els diferents substituents de tots dos reactius sobre el rendiment químic. En el segon capítol s'aprofita la gran reactivitat de les sals de diazoni per a desenvolupar una nova metodologia, mitjançant la reacció de Matsuda-Heck, per a la preparació de compostos altament fluorats. L'elevat contingut en fluor prové de l'ús d'una sal de diazoni altament fluorada, la qual es prepara i s'aïlla en forma sòlida per primera vegada. Addicionalment a l'estudi sintètic també es descriu un extens estudi mecanístic en el que s'usa la tècnica d'ESI-MS per a la detecció d'intermedis de reacció. El tercer capítol consisteix en donar un pas endavant en la preparació de colorants azoics altament fluorats, camp en el que el grup hi té experiència. Els colorants preparats són estructuralment més simples que els seus predecessors però mantenen intactes les seves propietats hidròfobes. A més, variacions en la metodologia sintètica es tradueixen en rendiments químics significativament superiors. També es duu a la caracterització òptica i l'estudi de la hidrofòbia d'aquests colorants. El quart i darrer capítol és el més extens i complex de la present tesi doctoral, en ell es dissenyen, preparen, caracteritzen i s'apliquen al cotó un gran nombre de colorants hidròfobs basats en antraquinona, ja sigui contenint llargues cadenes hidrocarbonades o altament fluorades. Finalment, per a tots aquests colorants així com per a les teles tenyides, se n'estudien les propietats òptiques i les capacitats hidròfobes. / The current thesis is divided in two parts: the first one concerns about C-C couplings catalyzed by palladium using diazonium salts as substrates (chapters 1 and 2) and the second one is focused in the preparation of hydrophobic dyes (chapters 3 i 4). Chapter one constitutes the first complete study about reactivity and relevance of Matsuda-Heck's reaction in pure water ever. Effects of the catalyst, the temperature or the surfactant addition (among others) are tested. Furthermore, using different diazonium salts and alkenes, the scope is evaluated as well as the electronic influence of diazonium and alkene substituents over the reaction's yield. In chapter two, advantage is taken of diazonium's salts high reactivity in order to develop a new methodology, based on Matsuda-Heck's reaction, useful to prepare a whole new family of heavily fluorinated compounds. All fluorinated content comes from a highly fluorinated diazonium salt, which is synthesized and isolated for the very first time. In addition to the synthetic methodology development, a mechanistic approach is carried out by ESI-MS detection of the reaction's intermediates. The third chapter is one step beyond the preparation of highly fluorinated azo dyes, field in which our group has experience in. These new azo dyes are more simple structurally but hold the whole hydrophobic properties. Furthermore, the synthesis of these type of compounds has been improved; higher yields are obtained. In addition, optical and hydrophobic properties are tested. The forth, the last but not the least, is the largest and the most complex one. In this chapter a huge number of new hydrophobic dyes and pigments based on anthraquinone are designed, prepared, characterized and applied to cotton fabric. These molecules contain either long hydrocarbon chains or long highly fluorinated ponytails. Finally, for the vast majority of these dyes as well as dyed cotton fabrics, optical and hydrophobic properties are also tested.

Els materials polifluorats mostren unes propietats molt interessants com per exemple alta estabilitat tèrmica i química. Per altra banda, els poliuretans (policarbamats) són uns dels materials més versàtils i utilitzats avui en dia. Per això, aquesta tesi s’ha centrat en la reacció d’isocianats aromàtics amb alcohols polifluorats amb l’objectiu principal de desenvolupar una metodologia per preparar carbamats i poliuretans fluorats. No obstant, el major obstacle per aquesta reacció és la baixa nucleofília dels alcohols polifluorats, que no reaccionen amb isocianats en condicions estàndard. Utilitzant com a model la reacció de 2,2,2-trifluoroetanol amb isocianat de fenil es van trobar unes peculiaritats força interessants. Aquesta reacció requereix baixes concentracions i l’ús de dissolvents acceptadors de ponts d’hidrogen. Més sorprenent va ser el fet de trobar un ordre de reacció fraccionari menor de ú i observar el nul efecte del substituent a l’isocianat de fenil d’acord amb la equació de Hammett. Aquests resultats suggerien un mecanisme força complex, probablement amb intermedis radicalaris. Aquesta hipòtesis va rebre el suport d’experiments amb radical scavengers que aturen la reacció amb quantitats sub-estequiomètriques. Més evidències es van obtenir amb ressonància paramagnètica electrònica amb atrapadors radicalaris que van revelar la existència de radicals centrats en oxigen derivats de l’alcohol polifluorat. D’aquests es va determinar un temps de vida en l’ordre dels milisegons mitjançant voltametria cíclica. Amb aquesta informació es va proposar un mecanisme radicalari en cadena pseudounimolecular. En dissolvents acceptors de pont d’hidrogen, l’adducte alcohol/dissolvent pot patir una transferència protònica acoblada a transferència electrònica que dispara un mecanisme radicalari en cadena. En altres dissolvents es forma l’adducte alcohol/isocianat que no desencadena la reacció radicalària, el que explica perquè aquesta no te lloc en condicions normals. Com alternativa, en aquestes condicions la transferència acoblada de protó i electró es pot activar mitjançant irradiació amb llum ultraviolada. És més, aquesta activació fotoquímica és necessària per tal d’obtenir la reacció completa de diols polifluorats amb isocianats aromàtics i obtenir d’aquesta manera bis(fenilcarbamats) polifluorats i quasi-perfluorats. Les propietats superficials d’aquests nous compostos es van provar mitjançant spin coating sobre vidre i mesures de l’angle de contacte. El més destacable van ser els resultats obtinguts amb els bis(fenilcarbamats) quasi-perfluorats amb cadenes polifuorades curtes, que van resultar ser altament oleofòbics, inclús més que el Tefló. Aquesta metodologia fotoquímica s’ha aplicat amb èxit a la polimerització de diols polifluorats amb diisocianats aromàtics per formar poliuretans polifluorats. En principi, aquesta reacció semblava tenir un límit en el creixement dels poliuretans (que eren terminats en grups hidroxil) però baixant la temperatura es va poder superar i obtenir polímers de major pes molecular. També es va provar d’aplicar aquesta metodologia per preparar poliuretans perfluorats. Però tot i que la reacció tenia lloc, només ho feia d’una manera limitada. Per tant aquesta és una línea d’investigació que requereix més recerca i optimització. A més a més, també s’ha estès la metodologia a altres nucleòfils dèbils amb propietats àcides. Així la fotopolimerització d’isocianats aromàtics amb un monòmer bisfenol comercial produeix polímers d’alt pes molecular, obrint la possibilitat d’estendre aquesta metodologia fotoquímica més enllà dels alcohols polifluorats. / This thesis is focused on the reaction of aromatic isocyanates with polyfluorinated alcohols. The main drawback for this type of reactions is the low nucleophilicity of polyfluorinated alcohols, which do not react with isocyanates in standard conditions. Thus, the aim was to find a way to perform these reactions and use it to prepare polyfluorinated carbamates and polyfluorinated polyurethanes. A case-study approach using a simple model reaction was adopted. The reaction of phenyl isocyanate PhNCO with 2,2,2-trifluoroethanol TFE showed interesting peculiarities not present with non-fluorinated alcohols. Remarkably, this reaction required hydrogen bond acceptor solvents and low concentrations to proceed at useful rates. In addition and more surprisingly, a fractional global reaction order was calculated and there was a null effect of substituent on phenyl isocyanate according to the Hammett equation. Those findings suggested a more complex pathway than the previously reported polar mechanism, most probably involving free radicals. This hypothesis was supported by radical scavenging experiments with galvinoxyl, sub-stoichiometric amounts stopped the reactions. Further evidences came from spin-trapping electron paramagnetic resonance that revealed the presence of oxygen-centered free radicals derived from the polyfluorinated alcohol, probably reaction intermediates. A lifetime in the order of milliseconds for these radicals was determined by cyclic voltammetry. Considering all those results a new pseudo-unimolecular radical chain mechanism was proposed. In donor solvents at low concentrations, the preferred solvent/alcohol hydrogen bond adduct undergoes a proton-coupled electron transfer PCET that trigger a radical chain mechanism. In weak donor solvents, instead of solvent/alcohol, the isocyanate/alcohol adduct is formed, and thus, the radical chain is not triggered, which explains why the ground state reaction does not proceed. Alternatively in these conditions, a PCET could be promoted on the isocyanate/alcohol complex by irradiation with UV light. This photochemical activation was required to obtain complete reaction of polyfluorinated diols with PhNCO and with pentafluorophenyl isocyanate to obtain polyfluorinated and quasi-perfluorinated bis(phenylcarbamates), respectively. Surface properties of those new highly fluorinated compounds have been tested using spin coating deposition over a glass surface and contact angle measurements. Remarkably, length of the polyfluorinated chain seemed not as important as the presence of pentafluorophenyl rings for hydro- and oleophobicity. Small perfluorinated bis(phenylcarbamates) turned out to be highly oleophobic, even more than Teflon. The photochemical methodology was used to prepare polyfluorinated polyurethanes. The photopolymerization of a polyfluorinated diol with an aromatic diisocyanate produced hydroxyl-terminated polyurethanes. However, there seemed to be a limit in the growth of these polymers. Lowering the temperature of the reaction prove to be an effective way to obtain polymers with higher molecular weights. Preliminary studies were carried out to prepare perfluorinated polyurethanes. Using a perfluorinated aromatic diisocyanate and a polyfluorinated diol the reaction took place but just in a limited extend, thus requiring further research and optimization. Finally, this method was assayed with other acidic weak nucleophiles. In the photopolymerization of aromatic diisocyanate with a commercial bisphenol polymers of high molecular weight were obtained. This indicates that this methodology is not limited to polyfluorinated diols, but also extensible to other acidic weak nucleophilic monomers, opening a new avenue of research.

El objetivo del presente trabajo es desarrollar metodologías para la determinación de biomarcadores en productos alimenticios específicos para evaluar tanto su trazabilidad,p.e, el jamón curado, como su actuación como indicadores dela contaminación ambiental p.e., moluscos de mar (ostras y mejillones). Las metodologías se han basado en la especiación química de algunos elementos identificados, como elementos clave en las muestras, presetando atención particularmente a las metodologías basadas en la observación directa de las muestras. Incluyendo el estudio de imágenes hiperespectrales (HSI), XANES (Sincrotrón) y dilución isotópica de las muestras y análisis por ICP-MS. Entre los principales resultados para el jamón curado, cabe destacar el desarrollo de un modelo de clasificación por PLS-DA para los espectros obtenidos por HSI. La PLS-DA se constituyó con dos factores 86% y 90%, respectivamente. Cuyos valores de predicción están en el rango de 0,70 a 1,30 (RMSEC=0.114) para el jamón ibérico y un 1,70 a 2,30 para el jamón italiano (RMSEC=0.116), con una r2 de la CV=0.947, pudiendo diferenciarse por su origen Respecto a la búsqueda de biomarcadores para la trazabilidad del jamón curado, se realizó la especiación de Fe y Zn utilizando la técnica de sincrotrón XANES en muestras de diferentes tiempos de curado. Para el Fe, la especiación se basó en los estados de oxidación Fe+2 y Fe+3. Para Fe+2, no se identificaron especies orgánicas. Las especies inorgánicas se ajustaron a la estructura del compuesto (Fe (NH4)2(SO4)2) donde el Fe está unido a átomos de S y N. Éste compuesto podría explicarse por el proceso de proteólisis, ya que su contribución disminuye cuando aumenta el tiempo de curado en la muestra. Para Fe+3 se encontró que la principal especie inorgánica es similar al compuesto FeCl3, donde su contribución al inicio del proceso de curado (03-14 meses) presenta diferencias importantes en diferentes zonas de una misma muestra, presentando mayor contribución en la parte exterior. Para los demás tiempos de curado (26 a 40 meses) no se observaron diferencias entre la zona exterior e interior. Las especies orgánicas identificadas para Fe+3 fueron compuestos porfirínicos (mioglobina y hemín) siendo mioglobina el compuesto mayoritario. En resumen, el estudio las diferentes especies de Fe lo hacen ser un buen candidato como biomarcador de la trazabilidad del tiempo de curado de este tipo de jamón. En el caso de Zn, la especiación está basada en la naturaleza de las especies orgánicas e inorgánicas, donde no se muestran variaciones importantes en la contribución de estos compuestos en el periodo de curación, (cualquier alteración puede ser atribuida a factores externos no asociados al proceso de curación). Por otro lado, mediante el análisis de dilución isotópica se pudo diferenciar entre el origen del jamón curado, diferenciado entre ibérico, italiano y portugués. Cada región es isotópicamente diferente del resto, por tanto, este estudio proporciona la interacción e información geográfica para cada región, de donde se obtienen los cerdos utilizados para la producción de los jamones curados. En cuanto a los moluscos, fueron evaluadas la especiación de As y Zn debido a la toxicidad de sus especies (As) y el riesgo de bioacumulación (Zn). La especiación se llevó a cabo utilizando la técnica de sincrotrón XANES. En el caso de As, arsenobetaína fue el principal arsénico compuesto identificado, siendo entre 70%-96% del arsénico total. Para Zn, más de 50%, de las contribuciones de sus especies se atribuye a las metalotioneínas, al demostrar que el Zn está unido al átomo de azufre de la descomposición de los aminoácidos y no a restos de azufre inorgánicos. Por último, una de las principales aportaciones de la investigación de los moluscos ha sido la producción de un material de referencia para el control de la calidad del medio ambiente de las costas marinas, obtenido en un lugar de muestreo de los moluscos analizados en este trabajo de investigación. La caracterización definitiva de ese material de referencia está todavía en curso. / The aim of the present thesis work is to develop methodologies for determining biomarkers in specific food products to evaluate either their traceability, e.g, cured ham, or their role at the environmental observatory, e.g, sea mollusk (oysters and mussels ) as pollution indicators. A set of methodological guidelines based on the speciation of some elements identified as key differential for the indicated samples have been developed. Particular attention has been paid to the methodologies nature based on the direct observation of the target samples. In this concern, methodologies have been developed including the application of Hyperspectral Imaging (HSI), XANES (Synchrotron) and Isotope Dilution to a successful characterization of the samples. For the cured ham, the main results obtained, include the development of a classification model by PLS-DA for the spectra obtained by HSI. The PLS-DA is constituted by two factors 86% and 90% respectively. Predicting values were obtained in the range of 0.70 to 1.30 for Iberian ham and a 1.70 to 2.30 for Italian ham, the regression statistics showed an RMSEC of 0.114, an RMSECV of 0.116 and r2 from the CV of 0.947, so they can be differentiated by their origin To search for specific chemical biomarkers of cured ham traceability, speciation of Fe and Zn was performed using XANES synchrotron technique in samples of different curing times. For iron, speciation was based in the oxidation states Fe+2 and Fe+3. For Fe+2, no organic species were identified, but inorganic species of similar structure to (Fe (NH4)2(SO4)2) where Fe interact to an S and N atom were found. This compound could be explained from the proteolysis process, because its contribution to the sample spectra decreases when curing time increases. For Fe +3 the majority inorganic species was found to be similar to FeCl3, where its contribution at the beginning of the curing process (03-14 months) presented important differences in different parts of the ham, observing the major contribution in the outer region of the ham samples. For the rest of curing times (26 to 40 months) no differences were observed between inner and outer region. In addition, the organic species identified for Fe+3 were porphyrin compounds (myoglobin and hemin) being myoglobin the major compound found. In this sense, it has been demonstrated that the identification of Fe species is a good methodology in order to establish the traceability of the curing process for dry-cured ham. In the case of Zn, the speciation was based on the nature of organic and inorganic species, but the contribution of the species did not present any change throughout the different curing time samples, thus any change in the contribution of the specie can be attributed to external factors other than the curing process. On the other hand, by the Isotopic Dilution analysis it was possible to differentiate between the origin of the dry-cured ham, such as Iberian, Italian and Portuguese ham. Each region is isotopically different from the rest, thus this study provides geographical interaction and information for each region, where the pigs are obtained from for the production of cured hams. Concerning mollusks, speciation of As and Zn were considered due to the toxicity of their species (As) and the risk of bioaccumulation (Zn). Speciation was carried out using XANES synchrotron technique. In the case of As, arsenobetaine was the main species of Arsenio-compounds found in the samples analyzed, which ranged from 70% to 96% of the total arsenic. In the case of Zn, more than 50%, of the contributions of the Zn-species were attributed to metallothioneins, demonstrating that Zn is attached to the sulfur atom from the breakdown of amino acids and not from inorganic Sulphur moieties. Finally, one of the principal outputs of the mollusks research has been the production of a reference material for the environmental monitoring of sea coasts, obtained from a sampling location of the mollusk analyzed in the present work and as result of the analysis performed. The final characterization of such reference material is still in progress.

Esta disertación describe las propiedades estructurales, de transporte electrónico y magnéticas básicas de películas delgadas de La0.7Sr0.3Mn03 (LSMO) crecidas por depósito de soluciones químicas en substratos monocristalinos. Además, nuevas características, tales como, el afloramiento espontáneo de puntos nanométricos aislantes en la superficie de la película de LSMO e interruptores resistivos reversibles a la nano escala han sido abordados. Esta tesis está organizada del siguiente modo: primero, se da una breve introducción sobre manganitas. En el segundo capítulo, el estudio de un nuevo mecanismo para generar estructuras aislantes y nanométricas auto-ensambladas en la superficie de la película de LSMO es presentado. Estas dos fases cristalinas, la película delgada de LSMO y los puntos aislantes, son investigados por microscopía electrónica de transmisión (TEM), mostrando una estructura coherentemente tensionada, si bien el estado de tensión y la simetría de la red de la capa de LSMO debajo de los puntos ha sido modificada. Estas islas aislantes provocan una tensión isotrópica a la película debajo de las mismas, lo cual, hace disminuir la contribución magneto-elástica en la anisotropía magnética. Se muestra que el tamaño y la concentración de las islas puede ser modificado a través de la cinética del crecimiento y modificando la cantidad de exceso de La en la solución precursora inicial. En el tercer capítulo, se intenta poner en evidencia el papel que juega la generación de tensión en las interficies así como su acomodación cuando se cambian las propiedades de la película delgada. Por este motivo, la dependencia de la propiedades de magneto transporte han sido analizadas. Los cambios de estas propiedades han sido examinados en el marco de un modelo magneto elástico, encontrando que dichos cambios no pueden ser justificados solamente con el estado de tensión. Sino que, la temperatura de transición de Curie y metal-aislante están influenciadas por otros factores como pueden ser inhomogeneidades químicas y desorden estructural presente en la película delgada. En el cuarto capitulo, con el fin de dilucidar el origen del calentamiento debido a efecto Joule, si se trata de un efecto intrínseco o extrínseco, en la biestabilidad resistiva de las películas delgadas de LSMO hemos llevado a cabo un estudio detallado del origen de este calentamiento. Presentamos medidas del transporte electrónico macroscópicas y locales obtenidas con un microscopio de sonda local en modo detección de corriente (C-SFM). Demostramos que, bajo adecuadas condiciones de medida, el régimen de resistencia biestable no puede ser conseguido a una temperatura de 300K. Además, sugerimos que este fenómeno sólo podría ser alcanzado en películas delgadas de LSMO a temperaturas entorno a 250K. En el quinto capítulo, una nueva metodología basada en la generación de estados resistivos esta¬bles, capaz de programar, almacenar y leer múltiples niveles de información en regiones nanométri¬cas fue llevada a cabo modificando las propiedades resistivas intrínsecas de las películas delgadas de LSMO. Demostramos que el número de estos diferentes niveles puede llegar al menos a 10 pudiendo ser incluso mayor. Con este concepto de memoria resolvemos algunos de los principales escollos de la memorias resistivas de acceso aleatorio (RRAM), salvo en el conocimiento del mecanismo que gobierna, como son la escalabilidad, el bajo coste de producción, una alta densidad de almacenaje de datos y la uniformidad espacial del interruptor resistivo. Las técnicas y procedimientos experimentales usados en esta tesis son presentados en el capítulo 7. Tanto la técnica de crecimiento de las películas epitaxiales, depósito de soluciones químicas, como la síntesis de las muestras es descrita. También se explican las diferentes técnicas utilizadas para la caracterización química, estructural, de transporte eléctrico y propiedades magnéticas. Además, el proceso de litografía óptica empleado para las medidas de transporte electrónico se explica en este capítulo. / This dissertation describes the basic structural, electronic transport and magnetic properties of epitaxial La0.7Sr0.3Mn03 (LSMO) thin films on single crystalline substrates grown by chemical solution deposition. In addition, new features such as spontaneous outcropping of insulating nanodots on the LSMO surface and nanoscale reversible resistive switching have also been addressed. The thesis is organized in the following way: first, a short introduction to manganites is given. In the second chapter, a study of the new mechanism for the creation of self-assembled insulating epitaxial nanostructures in a LSMO film surface is presented. These two crystalline phases, LSMO thin film and insulating nanodots, are investigated by transmission electron microscopy (TEM), displaying a coherently strained structure, even though the strain state and the lattice symmetry of the LSMO film underneath the islands have been modified. Insulating islands induce an isotropic strain to the LSMO film underneath the island which decreases the magnetoelastic contribution to the magnetic anisotropy. It is shown that the size and concentration of the nanodots can be tuned by means of growth kinetics and through modification of the La excess in the precursor chemical solution. Furthermore, nanoscale electrical analysis was performed by C-SFM in order to determine the insulating behavior of the nanodots. In the third chapter, we report our efforts to give some insight into the role that interfacial strain generation and interfacial strain accommodation play on the thin film properties. On this account, the dependence of the LSMO films magnetoelectronic properties on the film thickness is scrutinized. The changes of the magnetoelectronic properties have been examined assuming a magnetoelastic model and we found that these changes on magnetoelectronic properties cannot be explained merely by the film strain state. Instead, the Curie and metal to insulator transition temperatures are also influenced by other factors, such as chemical inhomogeneities and structural disorder in the film. In the fourth chapter, in order to elucidate the intrinsic or extrinsic origin of the Joule heating effect in the resistance bistability of LSMO thin films we accomplish a detailed study of the heating sources. We report macroscopic transport measurements and local electrical behavior at the nanoscale, obtained by conducting Scanning Force Microscopy (C-SFM). We have demonstrated that, under ad¬equate measuring conditions, a regime of bistable resistivity in LSMO thin films is not achieved at T = 300 K. We otherwise suggest that this phenomenon would only occur in LSMO films when measuring at temperatures below T ∽ 250 K. In the fifth chapter, a new stable resistive switching based methodology capable to program, store and read out multiple levels in a nanoscale regions were performed modifying the intrinsic properties of the LSMO film. We demonstrate that the number of distinguishable resistance levels can readily reach 10 and even higher. We overcome the main handicaps of resistive random-access memory (RRAM) approaches, except for unclear driven mechanism of resistive switching, namely scalability, low cost, high area density of storage data and spatial uniformity of resistive switching process. The experimental techniques and procedures used in this thesis are summarized in chapter 7. The growth technique of epitaxial thin film, chemical solution deposition, and the synthesis of samples are described. Also different chemical characterization, structural, electronic transport and magnetic techniques are presented. In addition, the optical lithography process employed for electronic trans¬port measurements is explained in this chapter.