El quark top, descubierto en 1995 en los experimentos CDF y D0 en el colisionador protón-antiprotón Tevatron en Fermilab (Chicago, USA), es la partícula elemental más pesada conocida, con una masa comparable a la de un átomo de tungsteno. Esta propiedad, no explicada por el Modelo Estándar, confiere al quark top un papel especial en el contexto de modelos teóricos más allá del Modelo Estándar, muchos de los cuales predicen nuevas partículas que se acoplan preferentemente al quark top debido a su alta masa. Después de una década de estudios en el Tevatron (2001-2011), no se han descubierto indicios significativos de nueva física en las propiedades del quark top. La única excepción es la medida de la asimetría adelante-atrás en la producción de parejas top-antitop en colisiones protón-antiprotón en el Tevatron, donde se han encontrado un exceso de aproximadamente dos desviaciones estándar con respecto a la predicción del Modelo Estándar. Esta medida indica que en promedio los quarks top en sucesos top-antitop se producen en la dirección del haz de protones con mayor frecuencia que los quarks antitop. Aunque el Modelo Estándar predice una pequeña asimetría adelante-atrás debido a la interacción fuerte, la presencia de nuevas partículas pesadas contribuyendo a la producción de parejas top-antitop podría dar lugar a un exceso como el observado. Por desgracia, tras el cese de operaciones del Tevatron en Septiembre del 2011, el análisis de todos los datos de los experimentos CDF y D0 no han permitido alcanzar una conclusión definitiva con respecto a esta anomalía. Esta tesis doctoral está centrada en la medida de precisión de la asimetría de carga en la producción de parejas top-antitop en colisiones protón-protón en el LHC usando las muestras completas de datos acumulados por el detector ATLAS a energías del centro de masas de 7 TeV y 8 TeV, correspondientes a luminosidades integradas de aproximadamente 5 fb-1 y 20 fb-1, respectivamente. La asimetría de carga AC en el LHC, relacionada con la asimetría adelante-atrás en el Tevatron, es sensible a los mismos efectos de nueva física que causarían una desviación en las medidas del Tevatron. En esta tesis doctoral se utiliza el canal semileptónico para hacer medidas inclusivas y diferenciales de la asimetría de carga en sucesos top-antitop. La cinemática de producción de la pareja top-antitop es reconstruida a partir del productos de la desintegración semileptónica y un metodo de unfolding bayesiano es utilizado para estimar AC al nivel partónico. Usando los datos a 7 TeV, se ha alcanzado una precisión 1% en la medida de la asimetría de carga a nivel inclusivo. También se han realizado medidas diferenciales en función de la masa invariante, ángulo de producción con respecto al eje del haz de protones y momento transverso de la pareja top-antitop. Usando los datos a 8 TeV, la precisión obtenida es de 0.5% en la medida de la asimetría de carga a nivel inclusivo, y también se ha realizado la medida diferencial en función de la masa invariante de la pareja top-antitop. La comparación de todas las medidas con las predicciones teóricas indican consistencia con el Modelo Estándar. / The top quark, discovered in 1995 at the CDF and D0 experiments at Fermilab’s Tevatron proton-antiproton collider, is the heaviest known elementary particle, with a mass comparable to the atomic mass of tungsten. This property, not explained by the Standard Model (SM), gives a special role to the top quark in the context of theoretical models beyond the Standard Model. Many of the models predict that new particles would preferably couple with the top quark, due to its high mass. After a decade of studies at the Tevatron (2001-2011), no signs of new physics have been discovered in the properties of the top quark, with the exception of the forward-backward asymmetry in top quark pair production, where an excess of about two standard deviations from the SM prediction has been found. This measurement shows that, in average, the top quark in top-antitop events is produced in the proton direction more often than the antitop quark. Even though the SM predicts a small forward-backward asymmetry due to the strong interaction, the presence of new heavy particles contributing to the top-antitop pair production could cause the observed excess. Unfortunately the Tevatron operation terminated on September 2012, and the analysis of the full datasets collected by the CDF and D0 experiments did not provide a final answer with respect to this anomaly. This dissertation describes the precise measurement of the charge asymmetry AC in top-antitop pair production in proton-proton collisions at LHC, using the full dataset collected with the ATLAS detector at center-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV, corresponding to integrated luminosities of about 5 fb-1 and 20 fb-1, respectively. The LHC charge asymmetry, related to the Tevatron forward-backward asymmetry, is a complementary probe of the same new physics effects that could be responsible for the Tevatron excess. The lepton+jets channel is considered to perform inclusive and differential measurements of the charge asymmetry in top quark pair events. The kinematics of the top-antitop pair is reconstructed from the semileptonic decay products, and a Bayesian unfolding procedure is employed to estimate AC at the parton level. Using the dataset at 7 TeV, a 1% precision is achieved for the inclusive measurement. Differential AC measurements as a function of the invariant mass, the rapidity and the transverse momentum of the top-antitop pair are also presented. Using the dataset at 8 TeV, a 0.5% precision is achieved for the inclusive measurement, and the differential AC measurement as a function of the invariant mass of the top-antitop pair is performed as well. All measurements are found to be consistent with the SM predictions.

La susceptibilitat individual a l’autoimmunitat pot estar determinada per una combinació de polimorfismes específics de gens que codifiquen per a múltiples citocines, per al complex principal d'histocompatibilitat (MHC) , molècules d'adhesió i proteïnes cel·lulars. En aquest treball ens hem volgut centrar en l’associació d’al·lels del MHC amb les malalties immunitàries. L'explicació actual per a aquest tipus d'associacions proposa que les molècules del MHC que s'han trobat associades, uneixen de manera eficient als autoantígens lligats a la malaltia, la qual cosa dóna lloc a una resposta immune perifèrica contra els autoantígens. En aquest treball hem volgut aprofundir en la caracterització dels repertoris de pèptids presentats per molècules de classe II associades a autoimmunitat en humans i en ratolí, a partir dels pèptids naturals associats. Els mètodes de predicció de la unió d’un pèptid a un determinat MHC són importants per poder identificar aquells segments d’una proteïna que seran presentats a les cèl·lules T, i per tant ens poden ser útils a l’hora de generar vacunes peptídiques o pel desenvolupament de teràpies antigen-específiques. En humans, l’al·lel HLA-DR3 és conegut per la seva associació a malalties com la diabetis tipus 1 o la malaltia de Graves-Basedaw (GB) i en ratolíns el complexe H-2d s’associa a malalties tipus th2, entre elles també la malaltia GB, i diversos càncers. En aquest estudi s’ha fet servir el mètode establert al nostre laboratori basat en l’aïllament dels pèptids per immunoafinitat i l’anàlisi per espectròmetria de masses d’alta resolució. / SUMMARY: Individual susceptibility to autoimmunity may be determined by a combination of specific polymorphisms of genes encoding multiple cytokines by the major histocompatibility complex (MHC) proteins and cell adhesion molecules. In this study we wanted to focus the association of MHC alleles with immune diseases. The current explanation for these associations suggests that the MHC molecules that have been associated autoantigens bind efficiently linked to the disease, which leads to a peripheral immune response against those autoantigens. In this study, we wanted to characterize the repertoire of peptides presented by class II molecules associated with autoimmunity in humans and mice from natural peptides. The methods for predicting peptide binding to a particular MHC is important to identify those segments of a protein that will be presented to T cells, and therefore it can be useful in generating peptide vaccines or the development of antigen-specific therapies. In humans, the allele HLA-DR3 is known for its association with type 1 diabetes and Graves disease (GD) and the complex H-2d mice is associated with Th2 type disease as GD and various cancers. For this characterization, we used a method established in our laboratory based on the isolation of peptides by immunoafinity and analysis by high resolution mass spectrometry

Els sistemes de comunicació bacteriana -coneguts com quorum sensing (QS)- a través de molècules senyalitzadores del tipus àcid gras han despertat molt d’interès en els darrers anys ja que s’ha vist que molts bacteris patògens els utilitzen per regular funcions relacionades amb la virulència. Es coneix que Stenotrophomonas maltophilia presenta el sistema de QS DSF (Diffusible Signal Factor) el qual és controlat pels gens que conformen el clúster rpf (Regulation of Pathogenecity Factors). No obstant, no està clar els mecanismes pels quals S. maltophilia sintetitza i sensa les molècules senyal així com quines funcions estan regulades per aquest sistema. En aquest treball hem demostrat que existeixen dues poblacions de S. maltophilia les quals es diferencien en base al clúster rpf (rpf-1 o rpf-2) que presenten. Cada variant difereix bàsicament en els gens que codifiquen per la sintasa RpfF i el sensor RpfC. A més, hem observat que existeix una associació entre ambdós components, generant-se la parella RpfF-1/RpfC-1 per les soques rpf-1 i RpfF-2/RpfC-2 per les soques rpf-2. Addicionalment, hem demostrat que només aquelles soques que presenten la variant rpf-1 produeixen nivells detectables de DSF i aquest regula motilitat bacteriana, formació de biofilm i virulència. Per altra banda, les soques de la variant rpf-2 necessiten més còpies de la sintasa RpfF-2 o l’absència del repressor RpfC-2 per produir DSF. En aquest cas, el sistema de QS DSF sembla només regular pocs fenotips relacionats amb virulència en situacions molt específiques. També hem mostrat que existeix un feedback positiu en la síntesi de DSF i que ambdós grups de soques actuen de manera sinèrgica en la producció de DSF i la virulència de tota la població. Addicionalment, hem observat que, mentre la variant RpfC-1 és un sensor promiscu el qual permet l’alliberació de la sintasa RpfF-1 tant punt detecta no només DSF sinó també àcids grassos de cadena mitja, el sensor RpfC-2 és molt més específic, alliberant RpfF-2 només quan detecta DSF. A més a més, aquí també mostrem com el sistema de QS cis-DA (cis-decenoic) descrit recentment a Pseudomonas aeruginosa és també present a S. maltophilia i regula un alt nombre de factors de virulència. En aquesta línia, hem sigut capaços de caracteritzar preliminarment dos components importants en la biosíntesi de l’àcid gras cis-DA: les enoil coA hidratases (ECH) Smlt0266 i Smlt0267. Hem observat que, mentre la mutació de la hipotètica sintasa Smlt0266 només condueix a l’increment de la formació de biofilm, la mutació en el gen que codifica per la ECH alternativa Smlt0267 implica una reducció dràstica en la formació de biofilm, la motilitat bacteriana, la producció d’exopolisacàrids, la resistència a antibiòtics i la virulència. Resultats similars s’han obtingut per els mutants dels gens ortòlegs a P. aeruginosa, la qual cosa recolza la importància d’aquestes dues ECHs, a més a més del sistema DSF, en la regulació de la virulència i aporta noves dianes interessants pel desenvolupament de teràpies antimicrobianes contra aquest potencial patogen humà / Fatty-acid mediated Quorum Sensing (QS) systems have aroused considerably interest in the last years since it has been reported that many important bacterial pathogens use these communication systems to regulate virulence-related functions. It is known that Stenotrophomonas maltophilia presents the DSF (Diffusible Signal Factor) QS system, which is controlled by components that are encoded in the rpf cluster (Regulation of Pathogenicity Factors). However, the mechanisms by which S. maltophilia synthesize and sense as well as the biological functions that are under control of DSF-QS remain unclear. Here, we have first demonstrated that two populations of S. maltophilia can be distinguished depending on the rpf cluster (rpf-1 or rpf-2) they harbour. Each variant cluster differs basically in the genes that encode for the synthase RpfF and the sensor RpfC. Moreover, we have observed that there exist a full association between both components, existing the pair RpfF-1/RpfC-1 for the rpf-1 variant and RpfF-2/RpfC-2 for the rpf-2 variant. In addition, we have demonstrated that only strains harbouring the rpf-1 variant produce detectable levels of DSF and it seems to regulate bacterial motility, biofilm development and virulence. On the other hand, strains harbouring the rpf-2 variant need extra copies of rpfF-2 or the absence of rpfC-2 to achieve detectable levels of DSF. In this case, DSF-QS seems to control only some virulence-related phenotypes in very specific environments (e.g., zebrafish infection). We also have shown that DSF is produced in a positive feedback-manner in S. maltophilia, and also, that both rpf-variant groups act synergistically in the DSF production and virulence ability of the whole population. In addition, we have observed that while RpfC-1 is a promiscuous sensor that liberates free active-RpfF-1 -with the subsequent DSF synthesis- upon detection not only DSF, but also saturated medium-length fatty acids, the sensor RpfC-2 only allows activation of RpfF-2 upon detection of DSF-itself, indicating that this sensor component is much more specific. Here, we further report that the cis-DA (cis-decenoic acid) QS system recently described in Pseudomonas aeruginosa is also present in S. maltophilia, and it regulates various virulence factors. In this line, we have preliminary characterized two important components in the biosynthesis of cis-DA, the enoyl-CoA hydratases (ECH) Smlt0266 and Smlt0267. We have observed that while the mutation in the putative synthase smlt0266 lead to alteration basically in biofilm formation, the mutation of the alternative ECH smlt0267 results in a drastic effect in many virulence-related behaviours such as biofilm formation, bacterial motility, exopolysaccharide production, antibiotic resistance and virulence. Similar results have been obtained for the mutants in the orthologous P. aeruginosa genes ∆dspI and ∆dspII. These results further support the significance of these two ECH, in addition to DSF-QS system, in virulence regulation of S. maltophilia and provide new interesting targets for developing new antimicrobial therapies against this potential human pathogen.

En esta tesis se ha abordado la caracterización de sensores LSPR refractométricos desde diferentes puntos de vista. En primer lugar, se presenta un análisis teórico y experimental de nanocápsulas cilíndricas (nanorods) de oro, comparando su capacidad sensora con sensores SPP convencionales. El estudio ha conducido al hallagzo de una región espectral con rendimiento sensor optimizado, y a la que se puede acceder llevando a cabo un diseño preciso y detallado de las nanoestructuras. Por otro lado, el análisis desvela un rendimiento superior de los LSPR comparado con los convencionales SPP, con atisbos de mejoras adicionales si se superan ciertos inconvenientes inherentes a estas plataformas biosensoras. De cara a identificar y suprimir estos inconvenientes, se han empleado matrices de nanodiscos de oro como nanoestructura modelo. En primer lugar, se han analizado las influencias negativas que se derivan de las finas capas metálicas de adhesión y de los altos índices de refracción del sustrato que soporta a los nanodiscos. Se ha demostrado que la elección adecuada del material y del espesor de estas capas de adhesión mejora significativamente la relación señal-ruido. Además, mediante la colocación de los nanodiscos sobre nanopilares dieléctricos, alejándolos del sustrato, se han obtenido incrementos significativos de sensibilidad, proporcionando así una estrategia que se puede extender fácilmente a otros sistemas plasmónicos. Se ha demostrado, por otro lado, que estas matrices de nanodiscos soportan un modo guiado, que, además de otras aplicaciones nanofotónicas interesantes, provoca un cambio en la radiación en campo lejano de estas estructuras que causa mejoras en sensibilidad y en la relación señal-ruido. Por último, se han combinado todos los conocimientos adqueridos y resultados obtenidos para esbozar la creación de un biosensor LSPR con funciones de multiplexado y con microfluídica integrada. / In this dissertation, different aspects of refractometric nanoplasmonic sensors are discussed. First, a theoretical and experimental sensing performance assessment is made of Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) sensors based on single gold nanorods, by directly comparing them to conventional thin film Surface Plasmon Polariton (SPP) sensors. Besides the discovery of a material-specific optimized spectral sensing region that can be accessed via precise nanoparticle engineering, this work reveals a better biosensing performance for LSPR sensors that can be further improved if certain - inherent - drawbacks are overcome. For this, arrays of gold nanodisks are used to identify and suppress such drawbacks. First, negative influences that stem from thin metal adhesion layers and the high refractive indices of the supporting substrate are analyzed. It is shown that the right choice of material and thickness for these adhesion layers, significantly improves the signal-to-noise ratio (S/N)-values of these biosensors. Besides, by placing the nanodisks on nanopillars, thereby distancing them from the substrate, much higher sensitivities can be obtained, providing a strategy that can be easily expanded to other plasmonic systems. Next, it is demonstrated that the employed arrays of gold nanodisks support a guided mode that besides other interesting nanophotonics applications, alters the far-field radiation of these nanoplasmonic structures in such a manner, that both enhanced sensitivities and improved S/N-ratios are obtained. Finally, combining all gathered knowledge, a road map is sketched towards the creation of a LSPR sensor with multiplexing capabilities and integrated microfluidics.

Esta tesis doctoral trata sobre la síntesis, y el estudio de la actividad catalítica de partículas de oro de tamaño inferior a 2 nm, nanoclústers de oro. El interés proviene de la actividad catalítica a temperatura ambiente que tiene el oro cuando las dimensiones son inferiores a aproximadamente los 5 nm. En esta tesis se desarrollan dos métodos de síntesis que permiten obtener clústeres de oro estables con un tamaño de partícula bien definido. En un método se sintetizan nanoclústeres de oro de tamaño inferior a 2 nm, los cuales son posteriormente depositados sobre un soporte. En cambio, el otro método consiste en sintetizar los nanoclústeres de oro directamente sobre el soporte seleccionado. Con este ultimo método, se puede modificar el tamaño de los clústeres de oro alterando la cantidad de precursor de oro durante el proceso de síntesis. De esta manera se puede obtener desde una dispersión uniforme de átomos de oro aislados, clústeres de Au de 2 nm o nanopartículas de más de 10 nm en la superficie del material de soporte. Los catalizadores sintetizados han sido caracterizados mediante distintas técnicas físico químicas: HRTEM, SEM, AFM, XPS and XAS. Además también se ha estudiado la actividad catalítica para la oxidación de CO y materiales carbonosos. Finalmente, se ha relacionado el tamaño de partícula con la actividad catalítica del material. / This doctoral thesis is about the synthesis and the catalytic activity study of gold particles with a diameter lower than 2 nm, gold nanoclusters. The interest is due to the catalytic activity that gold has at room temperature when its size is less than approximately 5 nm. In this thesis, two distinct synthesis’ methods that allow stable gold clusters with a well defined particle size to be obtained have been developed. In one method, gold clusters with a narrow size distribution and a particle diameter less than 2 nm are firstly synthesised and then deposited on a support. In the other method, gold clusters are directly synthesised on the selected support. In the latter method, the size of gold can be easily varied by simply altering the gold precursor quantity during the synthesis process. Thus, uniformly dispersed isolated gold atoms, 2 nm Au clusters or nanoparticles larger than 10 nm can be obtained on the material support surface. The synthesised catalysts were characterised using distinct physico-chemical techniques: HRTEM, SEM, AFM, XPS and XAS. Additionally, their catalytic activity was investigated for the oxidation of CO and carbonaceous materials. Finally, the particle size was related with the catalytic activity of the material.

El camp de l'òptica integrada es presenta com un dels mes prometedors a curt-mig plaç degut als clars avantatges que presenta amb respecte de l'electrònica tradicional. El fet d'utilitzar la llum com a medi vehicular, la qual no es veu afectada per les possibles pertorbacions electromagnètiques, entre altres propietats, fan que aquest camp sigui una de les sortides mes viables als greus problemes de congestió de les vies de telecomunicacions que es preveuen en un futur proper. Per altra part, l'ús de l'òptica integrada per a la realització de sensors ofereix unes prestacions superiors a la majoria de transductors actuals: La resistència a condicions hostils, la mesura sense contacte directe i la seguretat en ambients perillosos, fan que aquests siguin de gran interès pel mon industrial.Dels diferents materials aptes per a la realització de components òptics integrats, únicament el silici, amb l'ampli bagatge de processos altament desenvolupats, derivats de la micromecanització i la microelectrònica, permet la fabricació de grans sèries a preus reduïts. Tot i que les propietats òptiques d'aquest element son limitades, la seva abundància, baix preu, elevada puresa, estabilitat química i rigidesa mecànica, fan d'aquest el substrat ideal per a la realització d'estructures híbrides, on les diferents funcions, òptiques i electròniques es combinen sobre el silici, utilitzant tècniques de muntatge superficial amb interconnexió òptica, a través de guies d'ona, dels diferents elements.El confinament òptic amb estructures ARROW es basa en la reflexió total interna a l'interfase amb l'aire i l'elevada reflectivitat que provoquen les capes subjacents al nucli. L'índex de refracció i el gruix d'aquestes capes es sintonitza de manera que el mode fonamental presenti un mínim de pèrdues, mentre que els modes superiors pateixen una elevada atenuació. D'aquesta manera, és possible obtenir guies d'ona monomode amb tamany similar a la fibra òptica, encarregades d'injectar la llum, minimitzant les pèrdues d'inserció. Aquesta propietat fa que aquest tipus de guies siguin les candidates òptimes per a la fabricació de transductors òptics, els quals es basen en la idea que qualsevol alteració d'una propietat física o química produïda a un medi pot detectar-se a partir del canvi que produeix a las característiques de propagació de la llum a través d'ell.En aquest treball s'han desenvolupat les eines necessàries per a la caracterització dels transductors òptics integrats: s'ha posat a punt els programes de simulació de diferències finites amb xarxa no-uniforme (NU-FDM) i el Mètode de propagació del feix (BPM), que permeten analitzar el comportament tridimensional de tota l'estructura. La tecnologia de Sala Blanca ha estat acondicionada per tal d'aconseguir els requeriments que necessitava l'Òptica Integrada. A aquest fet, l'obtenció de capes per PECVD amb diferents índexs de refracció, així com l'optimització de les tècniques de gravat RIE, han permès realitzar tota una sèrie de transductors òptics amb unes característiques notables. Les guies d'ona han estat mesurades en potència i longitud d'ona. Així, s'ha pogut comprovar com la configuració ARROW es trobava ben sintonitzada, a la longitud d'ona de treball (633nm) tant en gruix com en índex de refracció, validant la tecnologia emprada.Gràcies als punts anteriors, s'han pogut realitzar tres tipus de transductors. El primer d'ells consisteix en un interferòmetre Mach-Zehnder (MZI), el qual basa el seu principi de funcionament en la modificació del camí òptic a una de les seves branques, obtenint un patró interferomètric. A partir d'aquest, és possible determinar la variació en la part real de l'índex de refracció. El segon transductor es basa en la modificació de la part imaginaria de l'índex de refracció. Entremig de dues guies es situa una membrana selectiva, la qual té com a característica principal la modificació de la seva transmissió, a una certa longitud d'ona, a mesura que absorbeix un determinat ió. A partir de l'atenuació mesurada al final del dispositiu, és possible conèixer la quantitat d'ions absorbits. Finalment, el tercer transductor es basa en l'obstrucció del camí òptic amb un material absorbent mòbil. La posició d'aquest absorbent ha estat dissenyada per variar amb l'acceleració, obtenint un accelerómetre òptic. / Integrated optics is one of the most interesting research fields in the short-mid term due to the clear advantages that it has as compared to the traditional electronics. Using light as the carrier of information, which is unaffected to electromagnetic perturbations, cause this field to be one of the most viable solutions concerning the telecommunications bottleneck. In addition, the application of integrated optics in the sensor field offers a better response as compared to the transducers used nowadays: Its capability to resist harsh environments, the measurement without direct contact and the safety in explosive media cause this to be of huge interest for the industry.Between the different materials available to be used for integrated optics, only silicon, with the great knowledge of their technological aspects, allows the mass low-cost fabrication. Although its limited optical properties, its abundance, high purity, chemical stability and mechanical stiffness cause it to be ideal for hybrid integration, where the optical an electrical parts of the device are combined on silicon, using surface mounting techniques and with optical interconnection, using waveguides, between them.The optical confinement with ARROW structures is based on the total internal reflection at the upper interface and the ultra-high reflectivity that cause the layers beneath the core. The refractive index and the thickness of these layers is tuned in such a way that the lowest order mode has a minimum of losses, while the rest of the modes suffer from high attenuation. Then, it is possible to obtain single mode waveguides with core thickness comparable to the single-moded fiber optics, minimizing the insertion losses. Then, these waveguides seem to be the most promising candidates for the fabrication of optical transducers, which are based on the idea that any variation of a physical or chemical property caused to a media can be detected form a the change that is produced on the light path across it.In this thesis it has been developed the necessary tools to characterize the integrated optical transducers: It has been implemented the simulation programs based on non-uniform finite-difference method (NU-FDM) and the Beam propagation method (BPM), that allows analyzing the 3D behavior of any structure. The technological steps have been arranged so as to meet the integrated optics requirements. Concretely, the deposition of PECVD layers with different refractive index, together with the optimization of the RIE process, has allowed obtaining several optical transducers with excellent properties. Their waveguides have measured, both in power and in wavelength, showing that the ARROW structure was tuned in according to specifications.With the basis of the waveguides, it has been possible to define three different optical transducers: A Mach-Zehnder Interferometer, an absorption sensor and an optical accelerometer.

La present tesis doctoral està basada en el desenvolupament de noves metodologies de RMN per la mesura de constants d’acoblament homo- i heteronuclears en molècules petites. La tesi es presenta com a compendi de publicacions d’articles de recerca que han estat publicats en diferents revistes científiques. El punt de partida està basat en l’experiència i coneixement previ del nostre grup de recerca en aquest camp. S’ha pres com a referència principal l’experiment selHSQMBC, al qual s’hi han implementat noves funcions per tal de dissenyar un conjunt de noves metodologies capaces de resoldre els principals problemes que afecten aquest tipus de mesures. En la majoria de casos s’ha utilitzat la metodologia IPAP per tal d’aconseguir una mesura més exacte. A la vegada, el patró E.COSY, així com el concepte de espectroscòpia J-resolt, s’han implementat conjuntament amb la metodologia IPAP per tal d’obtenir una mesura simultània de diferents constants d’acoblament en un sol experiment de RMN. Tanmateix, també es descriuen nous avenços en la mesura de constants d’acoblament protó-carboni a un enllaç, així com constants d’acoblament protó-protó a dos enllaços en grups metilens diastereotòpics. Cada nou experiment s’analitza des d’un punt de vista metodològic alhora que s’avalua la seva aplicabilitat. La tesi s’ha dividit en cinc apartats. En el primer d’ells es fa una introducció general per situar el lector. Al segon capítol es descriuen els objectius principals. El tercer capítol, i més rellevant, conté les diferents publicacions presentades com a resultats i discussió. El quart capítol conté dos apèndixs diferents que no s’han pogut incloure com a publicacions degut a que encara es troben en preparació. Finalment, l’últim capítol conté les conclusions generals del treball. / The present doctoral thesis is focused on the development of modern NMR methodologies for the measurement of homo- and heteronuclear coupling constants in small molecules. The thesis is presented as a compendium of publications that have been published in different scientific journals as original research papers. The starting point was the previous experience and knowledge of our research group. Taking as a reference the selHSQMBC experiment, several new features have been implemented in order to design a complete set of different methodologies that allow us to overcome some of the most typical drawbacks regarding such measurements. In most of the cases the IPAP methodology is used to achieve an accurate measurement. A spin-state selective technique like the E.COSY pattern, as well as the concept of J-resolved spectroscopy, are implemented in conjunction with the IPAP methodology to obtain simultaneous measurement of several coupling constants in a single-shot NMR experiment. Moreover, advances in the measurement of one-bond proton-carbon and germinal proton-proton coupling constants in diastereotopic methylene groups are also presented. Each new experiment is theoretically discussed from a methodological point of view and an assessment on its application is also performed. The thesis is divided in five chapters. In the first one a general introduction is presented in order to situate the reader. In the second chapter main objectives of the thesis are described. The third section is the main chapter which collects all the publications presented as results and discussion. The fourth chapter contains two different appendixes with the results that could not be included as original research papers because they are still in preparation. Finally, last chapter contains general conclusions of the work.

Durante las últimas décadas un gran número de trabajos se han centrado en la implementación de plataformas lab-on-chip compactas y de alta sensibilidad, para una amplia gama de aplicaciones descentralizadas. Los dispositivos basados en óptica integrada se han revelado como candidatos prometedores, ya que combinan una alta sensibilidad en ensayos directos sin marcadores, con una fabricación de bajo coste a través de la tecnología estandar microelectrónica, permitiendo su producción en masa. En particular las configuraciones interferométricas han demonstrado las prestaciones superiores, en términos de resolución y límite de detección, en comparación con otros dispositivos de óptica integrada como los resonadores o las redes de difracción. Sin embargo, la complejidad en la interpretación de su señal de respuesta, consecuencia de su periodicidad con las variaciones de fase, dificulta su comercialización y su adopción en la práctica clínica. Para resolver las limitaciones de los biosensores interferométricos tradicionales y permitir una integración completa en una plataforma lab-on-chip, se ha estudiado teórica y experimentalmente un nuevo método para la linearización de la señal de salida. Este método se basa en la variación de la longitud de onda de emisión de la fuente láser, que se traduce en una modulación de fase. A fin de mantener una plataforma compacta y rentable, la modulación se introduce aprovechando la dependencia entre la longitud de onda y la potencia de los diodos láser comerciales. El método se ha aplicado a dos plataformas, los interferometros Mach-Zehnder y de guía de onda bimodal, desarrollados en el grupo de investigación donde se ha realizado este trabajo. Los sensores interferométricos modulados en longitud de onda permiten una lectura directa en tiempo real y sin ambigüedades, con una alta sensibilidad tal y como requieren las aplicaciones biosensoras en ámbitos reales. / During the last decades impressive efforts have been devoted to the implementation of compact and highly sensitive lab-on-chip platforms for a wide range of decentralized applications. Among optical devices, those based on integrated optics have been underlined as promising candidates since they combine a high sensitivity in a label-free approach with a cost-effective fabrication through standard Si microfabrication technology, rendering in potential mass production. In particular interferometric arrangements have shown superior performances in terms of resolution and limits of detection compared to other integrated optics solutions as resonators or grating structures. However the complexity of their read-out, consequence of the periodicity of the output signal with the phase variation, still hinders their successful commercialization and adoption in the clinical practice. In order to solve the limitations of standard integrated interferometric biosensors and to allow a complete integration onto a lab-on-chip platform, an innovative method for linearization of the interferometric output is theoretically and experimentally analyzed. The proposed phase modulation system is based on tuning of the emission wavelength of the laser source. In order to keep a compact and cost-effective platform, the wavelength modulation is introduced by taking advantage of the power-wavelength dependence of commercial laser diodes. Thanks to our research Group experience in the design and fabrication of integrated optical biosensors, two different platforms have been analyzed along this Thesis, namely the well-known Mach-Zehnder interferometer and the recently proposed Bimodal Waveguide interferometric biosensors. The wavelength modulated interferometric biosensors allow a direct, unambiguous, highly sensitive real-time read-out, as required by real biosensing applications.

La litografía por haz de electrones (Electron Beam Lithography, EBL) se ha consolidado como una de las técnicas más eficaces que permiten definir motivos en el rango nanométrico. Su implantación ha permitido la nanofabricación de estructuras y dispositivos para su uso en el campo de la nanotecnología y la nanociencia.La EBL se basa en la definición de motivos submicrónicos mediante el rastreo de un haz energético de electrones sobre una resina. La naturaleza de los electrones y el desarrollo the haces extremadamente finos y su control preciso establecen la plataforma ideal para los requerimientos de la Nanofabricación. El uso de la EBL para el desarrollo de un gran número de nanoestructuras, nanodispositivos y nanosistemas ha sido, y continúa siendo, crucial para las aplicaciones de producción de máscaras, prototipaje o dispositivos discretos para la investigación fundamental. Su éxito radica en la alta resolución, flexibilidad y compatibilidad de la EBL con otros procesos de fabricación convencionales. El objetivo de esta tesis es el avance en el conocimiento, desarrollo y aplicación de la EBL en las areas de los micro/nanosistemas y la nanoelectrónica. El presente documento refleja parte del trabajo realizado en el Laboratorio de Nanofabricación del Instituto de Microelectrónica de Barcelona IMB-CNM-CSIC durante los últimos cinco años. Debido a la falta de experiencia previa en el IMB en la utilización de la EBL, ha sido necesario el desarrollo y consolidación de una serie de procesos, lo que ha condicionado parcialmente la investigación, tal y como recoge la memoria.Entre los aspectos relevantes compilados en esta tesis, en cuanto a innovación tecnológica, cabe destacar diversos avances en procesos tecnológicos basados en la EBL. Una nueva resina de tono negativo ha sido caracterizada y disponible para su uso en nanofabricación. La optimización de la EBL se ha llevado a cabo mediante métodos de corrección del efecto de proximidad. Se ha establecido el proceso de integración de estructuras nanomecánicas en circuitos CMOS, así como la fabricación de dispositivos basados en nanotubos de carbono. En concreto, el primer FET basado en un sólo nanotubo de carbono fabricado en España. Finalmente, la compatibilidad y viabilidad de los métodos de fabricación basados en haces de partículas se ha estudiado mediante el análisis del efecto de los haces de partículas cargadas sobre dispositivos. Por otro lado, esta memoria no sólo contiene la descripción de los principales resultados obtenidos, sinó que pretende aportar información general sobre procesos de nanofabricación basados en haces de electrones para ser utilizados en futuras investigaciones de este area. / Electron beam lithography (EBL) has consolidated as one of the most common techniques for patterning at the nanoscale meter range. It has enabled the nanofabrication of structures and devices within the research field of nanotechnology and nanoscience. EBL is based on the definition of submicronic features by the scanning of a focused energetic beam of electrons on a resist. The nature of electrons and the development of extremely fine beams and its flexible control provide the platform to satisfy the requirements of Nanofabrication. Use of EBL for the development of a wide range of nanostructures, nanodevices and nanosystems has been, and continues to be, crucial for the applications of mask production, prototyping and discrete devices for fundamental research and it relies on its high resolution, flexibility and compatibility with other conventional fabrication processes.The purpose of this thesis is to advance in the knowledge, development and application of electron beam lithography in the areas of micro/nano systems and nanoelectronics. In this direction, this memory reflects part of the work performed at the Nanofabrication Laboratory of the IMB-CNM. Since there was no previous experience on EBL at CNM, the need for developing a set of processes has determined partially the work. The variety of topics that concern to nanoscience and nanotechnology is enormous. Chapter 1 briefly sintetizes nanoscale related aspects. This section aims to frame the contents of this thesis, coherently. Also for completeness, it is intended to address the specific subjects under discussion or contained in the following chapters and it is based or oriented to the experimental results that will be presented.Chapter 2 is a general overview of the EBL technique from the point of view of the system and the physical interaction of the process. In particular, the characteristics of the SEM and specifications of the lithographic capabilities of the system that is used are presented.In chapter 3, irradiation effect on resists is studied. The chemical behaviour of different polymeric materials is correlated with theoretical simulations for two types of resists: methacrylic based positive resists and epoxy based negative resists. The first is used for validation of the modelization and to describe the general performance of EBL on different conditions. The second covers the experiments oriented to establish the performance parameters of a new resist and comparison with another existing negative electron beam resist. Proximity effect correction concludes with the correlation of theory and experimental results for both types of resists, positive and negative.Chapter 4 is an example of the fabrication and optimization of a micro/nanosystem for sensing at the nanoscale. In particular, nanoresonators are developed with two approaches (EBL and FIB) and enhanced response is achieved by their integration on CMOS circuitry.Chapter 5 presents carbon nanotube (CNT) based devices that are realized and implemented for applications in nanoelectronics and sensing. First, different fabrication approaches for contacting CNTs are discussed. Then, the results of electrical characterization of the devices are presented. Finally, technology development for the use of these devices for sensing is established.The last chapter embraces all the previous sections and pays attention to the effect of electron beam on the devices. In particular, electron induced effect is studied on nanomechanical structures integrated in circuits and CNT based devices, in order to evaluate EBL based fabrication, SEM characterization or more fundamental aspects. Advanced characterization techniques are used together with simulations, both assessing a deeper understanding of the results. Electrical measurements and AFM based techniques are used to characterise the effect of the electron irradiation by changes in their performance characteristics, charging, surface potential imaging, etc.Main results and solved challenges are summarized in the conclusive chapter 7 that finishes with this document.

En este trabajo se estudian los sistemas diferenciales polinomiales planos de grado 3 y 4 con un centro isócrono uniforme. Proporcionamos una clasificación para estos sistemas con respecto a la equivalencia topológica de sus retratos de fase globales en el disco de Poincaré. También calculamos las integrales primeras para los sistemas diferenciales polinomiales cúbicos con un centro isócrono uniforme en el origen. Otro resultado principal es una mejora en la teoría de promedio para el c´alculo de ciclos límite. Ese resultado se utiliza para el estudio de los ciclos límite que se bifurcan desde un centro isócrono uniforme de grado 3 y de las órbitas periódicas que rodean a esto centro, cuando dichos sistemas están perturbados dentro de la clase de los sistemas diferenciales polinomiales cúbicos continuos y discontinuos. La bifurcación de ciclos límite de los centros isócronos uniformes de grado 4 también es estudiada, cuando estos sistemas est´an perturbados dentro de la clase de los sistemas diferenciales polinomiales continuos y discontinuos de grado 4. Por último, mejoramos un estudio preliminar de los ciclos límite que bifurcan a partir del period annulus del centro isócrono uniforme de un sistema diferencial polinomial de grado 4 concreto, utilizando la teoría de promedio de primer orden.