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En aquesta tesis s'han realitzat diferents síntesis de nanopartícules com són els quantum dots i les nanopartícules d'or i d'argent amb els seus corresponents coreshells (Au-Ag i Ag-Au). Aquestes nanopartícules s'han caracteritzat per diferents tècniques tant òptiques com especialment les electroquímiques. S'ha realitzat un nou sistema de quantificació electroquímica dels quantum dots sintetitzats pel mètode arrested precipitation, utilitzant elèctrodes serigrafiats i un aparell de detecció portàtil.Aquests quatum dots han estat utilitzats en un sensors de DNA i amb detecció electroquímica de celules com a marca electroquímica, utilitzant la tècnica de detecció electroquímica directe que s'havia emprat en la determinació de quantum dots. / Different synthesis of nanoparticles was carried out in this thesis, such as cadmium sulphide quatum dots, gold nanoparticles, silver nanoparticles and core-shell nanoparticles (Au-Ag and Ag-Au). These nanoparticles were characterized by different techniques such as optical and especially electrochemical techniques. CdS-QDs (synthesized by arrested precipitation method) were quantified using an electrochemical direct detection method with screen-printed electrodes and a portable potentiostat.These CdS-QDs were used to label in DNA sensor of hybridization and also to detect HeLa cells using the electrochemical direct method that was used in CdS-QDs determination.

Al camp alimentari hi ha una creixent demanda de metodologies analítiques que siguin ràpides, selectives i econòmiques, que permetin la detecció de diferents contaminants alimentaris per a garantir la seguretat del producte al llarg de la cadena alimentària de producció. En aquest context, els biosensors electroquímics s'alcen com a candidats ideals com alternativa a la instrumentació analítica convencional per a l'anàlisi fora de l'àmbit del laboratori. En aquesta tesi es van desenvolupar nous dissenys biomoleculars basats en biosensors electroquímics per a la seguretat alimentària abordant tres aspectes crítics dels dispositius biosensors, que convergeixen cap a la simplificació metodològica: la immobilització orientada del biomaterial, la marcació i la transducció del senyal electroquímic. Donada l'experiència del nostre grup d'investigació en la fabricació de compòsits de grafit-epoxi (GEC) i els avantatges electroquímics demostrats d'aquest material, es van construir nous transductors electroquímics basats en compòsits rígids per a la immobilització orientada de biomolècules per aconseguir la simplificació metodològica en la detecció de DNA i immunoespècies. Els nous transductors construïts es van basar en: i) biocompòsits de grafit-epoxi modificats en volum amb la proteïna avidina (Av-GEB), i ii) compòsits amb un element magnètic integrat (m-GEC). Els biocompòsits d'avidina constitueixen una plataforma universal per a la immobilització directa orientada de material biològic biotinilat, mitjançant la forta unió avidina-biotina. El propi transductor actua com a reservori de material biològic i es pot renovar amb un simple procediment de polit, obtenint una nova superfície per cada assaig. Els magneto elèctrodes permeten la integració de partícules magnètiques als procediments biosensors per tal de realitzar les reaccions biològiques de biorreconeixement en solució, reduint la complexitat de la matriu de les mostres i preconcentrant l'anàlit, obtenint així, una detecció més sensible. Es va dissenyar una nova estratègia de detecció de DNA provinent de mostres reals dels bacteris patògens Salmonella i Escherichia coli, mitjançant la incorporació d'encebadors marcats a la mescla de reacció de la PCR. A part d'amplificar la quantitat de DNA, es va aconseguir marcar doblement el producte amplificat amb biotina i digoxigenina, per aconseguir la immobilització posterior a partícules magnètiques recobertes d'estreptavidina o Av-GEB i la unió d'un conjugat enzimàtic (antiDIG-HRP) per a detectar el producte amplificat. Així es van obtenir uns protocols simples, ràpids i molt sensibles. Aquests protocols van proporcionar límits de detecció més baixos en comparació amb la tècnica clàssica de gel d'electroforesi i la PCR quantitativa amb sistema TaqMan. També es van obtenir resultats molt prometedors incorporant a la PCR un encebador magnètic, encebador unit a partícules magnètiques. Així, es va aconseguir l'amplificació directa a la superfície de les partícules magnètiques, simplificant la metodologia. Aquesta estratègia presenta potencial aplicabilitat per a la detecció directa electroquímica de productes amplificats al termociclador de la PCR. A l'últim bloc de la tesi es va desenvolupar una estratègia immunosensora simplificada amb detecció electroquímica, en la que l'haptè es va immobilitzar a partícules magnètiques recobertes de grups químics tosil, formant un enllaç covalent amb la molècula de naturalesa haptènica. Amb aquesta estratègia es va aconseguir quantificar l'àcid fòlic en mostres cegues de llet enriquida, obtenint valors de recuperació propers al 100%; i quantificar l'àcid fòlic en mostres reals de llet enriquida, obtenint valors molt propers als indicats a la composició dels productes. / The control of food quality along the food production chain has become of growing interest since the increasing incidence of food poisoning is a significant public health concern for customers worldwide. The development of new analytical methodologies with the advantages of rapid response, selectivity and low-cost is still a challenge for food hygiene inspection. Biosensors offer an exciting alternative to the traditional methods allowing decentralised analysis. Novel biomolecular approaches in electrochemical biosensing were developed in this thesis. The main features of these novel biosensing devices were focused on the integration of processes and the methodological simplification. These tasks were achieved considering the main critical aspects of biosensors design: the orientated immobilization of the biorecognition element, the labelling process to achieve the analytical signal and finally, the electrochemical transduction. Novel electrochemical transducers based on graphite-epoxy composites (GEC) were developed. The enhanced electrochemical properties of GEC material has been demonstrated previously in our research group. The novel transducers based on rigid composites were used for the simplified and oriented immobilization of biomolecules such as DNA and immunospecies. The new transducers developed were: i) graphite-epoxy biocomposites bulk-modified with avidin (Av-GEB), and ii) magneto electrodes based on graphite-epoxy composite (m-GEC). Avidin biocomposites can be considered as universal platforms for the oriented immobilization of biotinilated biomolecules, through the strong interaction between avidin and biotin. This biocomposite material acts not only as the electrochemical transducer but also as a reservoir for the biological material, being able to be easily renewed by a polish treatment, obtaining a new surface for each assay. The m-GEC magneto electrodes allow the integration of magnetic particles in biosensing procedures. The biorecognition reaction can thus be effectively performed in solution, reducing the matrix effect of the sample and preconcentrating the analyte, as a result these factors enhance the sensitivity of the detection. A sensitive, rapid and user-friendly strategy for the genetic detection of the main food pathogens - Salmonella and Escherichia coli- was designed. This approach was based on a double-tagging PCR by using two labelled primers, followed by electrochemical genosensing of the double-tagged amplicon. During PCR, not only the amplification of the genetic material was achieved, but also the double-labelling of the amplicon ends with both biotin and digoxigenin tags, in order to achieve the immobilization of the amplicon on streptavidin-modified beads or Av-GEB electrodes as well as the binding of an enzymatic conjugate (antiDIG-HRP) for the electrochemical detection. Better results were achieved in terms of limit of detection compared with the classic gel electrophoresis as well as quantitative PCR based on TaqMan probes. Promising results were also obtained with the use of a novel magnetic primer, primer bound to magnetic beads. This approach allows the DNA direct amplification on streptavidin magnetic beads surface. This strategy showed potential applicability for the direct electrochemical detection of the amplified products in the PCR termocycler. Finally, a simple immunosensing strategy with electrochemical detection was developed. In this case, the haptenic molecule was covalently immobilised on tosylactivated magnetic beads. The utility of this strategy was demonstrated for folic acid detection in spiked milk samples, obtaining recovery values around 100%. Moreover, folic acid was also quantified in real enriched milk samples showing results according to the expected labelled values.

El treball que es presenta en aquesta tesi doctoral és la continuació i ampliació de la feina feta en el nostre grup en els darrers anys sobre el metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur). Amb la finalitat de la seva aplicació com a components de materials moleculars, calia com a objectiu inicial la síntesi i caracterització de nous derivats en els àtoms de carboni i de bor del clúster, així com l'estudi teòric d'alguns d'aquests compostos que presentaven propietats que no s'havien observat fins al moment. A partir d'aquests compostos s'han buscat aplicacions en els camps del tractament de residus nuclears, motors sintètics moleculars i en el camp de la biomedicina. Finalment i per ampliar el coneixement en el camp dels carborans, s'han fet estudis teòrics del pKa de nido-carborans, s'ha estudiat tant teòrica com experimentalment la reacció de cloració de l'anió [Ph-CB9H9]- i s'ha participat en l'elaboració d'un treball d'interaccions intermoleculars entre molècules de iode i fosfino-carborans.Pel que fa a la síntesi de derivats en els àtoms de carboni, s'han obtingut productes substituïts amb àtoms de fòsfor i de sofre. En el primer cas l'àtom de fòsfor fa de pont entre les dues caixes de dicarballur de manera semblant als derivats del ferrocè anomenats ferrocenofans. Pel que fa als derivats de l'anió cobalto-bis(dicarballur) amb sofre s'han obtingut derivats disubstituïts amb funcions tioèter a partir dels disulfurs orgànics apropiats, i altres en què l'àtom o àtoms de sofre estan pinçant les dues caixes de dicarballur. Les substitucions en els vèrtexs de bor s'han treballat en tres vies diferents. La primera és l'halogenació de l'anió cobalto-bis(dicarballur) amb àtoms de clor, brom i iode emprant diferents mètodes, tant en dissolució com en estat sòlid. S'ha estudiat en més detall la reacció de cloració per la importància dels seus compostos en l'extracció de radionúclids. La segona via que s'ha treballat consisteix en la formació d'enllaços B-C utilitzant les condicions de reacció ben establertes per l'acoblament C-C com la reacció de Kumada o la de Heck. La tercera via parteix ja d'un oxo-derivat de l'anió 1, el zwitterió [8-OC4H8O-1,2-(C2B9H11)2]- (43). Aquest té l'oxigen enllaçat al B(8) fet que el fa que estigui carregat positivament, i per tant susceptible a l'atac de nucleòfils. S'han sintetitzat i caracteritzat un ampli ventall de compostos utilitzant diversos nucleòfils com alcohols, àcids, reactius de grignard, tiols, carborans i tiocarborans. Alguns dels compostos sintetitzats en aquest treball s'han aplicat en diversos camps. Els derivats clorats del cobalto-bis(dicarballur) s'han provat com a agents sinèrgics en l'extracció selectiva de radionúclids amb resultats interessants en quant a la millora de la selectivitat quan s'usen aquests compostos. També s'ha provat la incorporació del metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur) en màquines moleculars, i més concretament en rotors del tipus rotaxà. S'han sintetitzat i caracteritzat nous rotaxans a fi d'estudiar l'efecte intramolecular o intermolecular del clúster de bor en la dinàmica d'aquest tipus de molècules. D'altra banda s'han utilitzat alguns dels oxo-derivats en el vèrtex B(8) en la investigació antimicrobiana i en el tractament en cèl·lules tumorals. Finalment, tot i que els objectius d'aquest treball es centraven en el metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur) també s'ha fet un estudi teòric de carborans tenint en compte que aquests són part del cobalto-bis(dicarballur). En primer lloc s'ha volgut ampliar l'estudi de cloració fet a l'anió 1 sobre un altre clúster de bor. L'anió [Ph-CB9H9]- (86) mostra l'interès de tenir dos punts de reactivitat molt diferent, els vèrtex aromàtics C-H i els del clúster B-H. Per altra banda s'ha buscat un mètode teòric per tal de calcular l'acidesa de nido-carborans mitjançant una metodologia ràpida i senzilla. Per últim s'ha realitzat un estudi que tracta les interaccions entre els fosfinocarborans i el iode. És interessar observar el cas del compost [1-Me-2-PPh2-1,2-C2B10H10] (99) on l'addició de iode no provoca una disminució de la interacció entre ambdós àtoms, indicant la formació d'una estructura del tipus P···I-I···P. Aquest tipus d'estructura també es troba en estat sòlid tal com demostra l'estructura de raigs X. / The work presented in this manuscript is the continuation and extension of the work done in our group during the last years on the cobaltabisdicarbollide metallacarborane. To apply these molecules as components of molecular materials, the initial objectives were the synthesis and characterization of new derivatives of cobaltabisdicarbollide on the carbon and boron vertices of the cluster, as well as a theoretical study of some of these compounds that presented properties not previously observed. The second objective was the application of some of these compounds to different fields such as the treatment of nuclear waste, molecular synthetic motors and in biomedicine. Finally, work on carboranes has also been done as these are part of metallacarboranes. Theoretical calculations of pKa values of nido-carboranes have been done. It has been studied both theoretically and experimentally the chlorination reaction of the anion [Ph-CB9H9]-. Also the intermolecular interaction between iodine molecules and phosphino-carboranes has been studied by computational methods.Concerning the synthesis of carbon functionalized compounds, products substituted with phosphorus and sulphur have been obtained. In the first case the phosphorus is bridging the two dicarbollide cages in a way similar to the already known ferrocene derivatives called ferrocenophanes. Sulphur derivatives of cobaltabisdicarbollide have been obtained as disubstituted molecules with thioether groups obtained from the appropriate organic disulfides. C,C bridging molecules in which one or two sulphur atoms bridge both dicarbollide cages have also been obtained. Boron substituted vertices have been studied in three different ways. The first concerns halogenation of cobaltabisdicarbollide anion with chlorine, bromine and iodine atoms by using different methods, such as solution or solid state reactions. It has been studied more deeply the chlorination reaction because of the importance of these compounds on the extraction of radionuclides. The second way studied concerning the derivatization of 1 refers to the formation of B-C bonds by using either Kumada reaction or Heck reaction conditions. The third way of cobaltabisdicarbollide derivatization has as the starting product the oxo-derivative of 1, the zwitterion [8-OC4H8O-1,2-(C2B9H11)2]- (43). This compound has an oxygen atom bonded to the B(8) vertex with a positive charge and this position is susceptible to the attack by nucleophiles. We have synthesized and characterized a wide range of compounds by using different nucleophiles such as alcohols, acids, Grignard reagents, thiols, carboranes and thiocarboranes. Some compounds synthesized during this work have been used in different applications. Chlorinated derivatives of cobaltabisdicarbollide have been tested as synergic agents in the selective extraction of radionuclides for nuclear waste treatment. It has been tested the incorporation of metallacarborane cobaltabisdicarbollide in molecular machine structures, and more precisely in rotors like organic molecules called rotaxanes. We have synthesized and characterized new rotaxanes specially designed to study intramolecular or intermolecular effects of the boron cluster in the dynamics of this kind of molecules. Moreover, some oxo-derivatives at the B(8) vertex of cobaltabisdicarbollide have been applied in the research of antimicrobial and antitumoral treatments. Finally and although the aims of this work were centered on cobaltabisdicarbollide, some theoretical and experimental studies on carboranes have been done taking into account that these are part of the cobaltacarborane. Firstly we would like to improve the understanding of the chlorination reaction, extending the work done for 1 to other boron clusters. Anion [Ph-CB9H9]- (86) was selected because it has two very different reactivity points, aromatic C-H groups and B-H cluster vertices. On the other hand we have described a theoretical method to calculate the acidity of nido-carboranes by means of a fast, reliable and simple methodology. Finally, the last part of the manuscript was focused on interactions between phosphino-carboranes and iodine. It is remarkable the behaviour of compound [1-Me-2-PPh2-1,2-C2B10H10] (99), where upon addition of iodine the decrease of the interaction can't be observed. This behaviour can be explained by the formation of a P···I-I···P moiety, which can be observed in solid state by its x-ray crystal structure.

L'objectiu principal del present estudi és aprofundir, des d'un punt de vista teòric i experimental en els aspectes cinètics i mecanístics de les fragmentacions unimoleculars de radicals anions que evolucionen per donar lloc a radicals i anions. Tractarem de veure el comportament que presenten aquests radicals anions en diferents famílies d'espècies i extreuren conclusions que ens permetin veure quin patró segueixen. El treball s'agrupa en diferents capítols (del capítol 4 al capítol 6), segons el tipus d'enllaç estudiat, i el qual és susceptible de ser fragmentat una vegada generat l'anió radical. / The main purpose of this study is to deeply investigate, in a theoretical and experimental point of view, the kinetics and mechanisms of unimolecular radical anion fragmentations to obtain corresponding radical and anions. We will discuss about the behavior of these radical anions in different families of molecules to achieve concrete reasons to explain these fragmentations. The study is presented in different chapters (from 4 to 6), depending on the type of bond studied which is susceptible to be broken.

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Algunos óxidos electroactivos pueden ser conductores iónicos mixtos (conductividad iónica-electrónica) con una química de oxido-reducción que involucra procesos con reacciones de intercalación/desintercalación en estructuras abiertas o con vacantes. Estos materiales pueden presentar propiedades físicas relacionadas con los cambios en los estados de oxidación de los elementos involucrados en la estructura de óxido. Algunos de estos óxidos muestran comportamientos biocompatibles, lo que los convierte en materiales ideales para ser usados como electrodos en sistemas biológicos si se combina esta biocompatibilidad con su electroactividad. En el presente trabajo de investigación han sido obtenidas capas finas de TiO2, IrOx y un óxido mixto de los dos componentes anteriores para ser aplicados como substratos para crecimiento neuronal. Una vez sintetizadas, las capas de los tres materiales en estudio fueron caracterizadas estructuralmente mediante GIXRD, Reflectometría de Rayos X, XPS, XAS, Espectroscopía Raman y ATR. La microestructura fue evaluada mediante las técnicas de AFM, SEM y la medida del ángulo de contacto. Posteriormente se realizó una caracterización electroquímica y una evaluación de las propiedades de transporte mediante CV, IS y ECQM y por último se evaluó el posible uso de estos materiales como substratos para el crecimiento neuronal mediante cultivos de células neuronales obtenidas del córtex cerebral de embriones de rata E14 y E18 Wistar. Las capas de TiO2 fueron obtenidas por sol - gel y depositadas por spin coating en substratos de Indium Tin Oxide y cuarzo y se trataron térmicamente a temperaturas de 250oC, 350oC y 450oC en el caso de las muestras depositadas sobre ITO y 350oC, 450oC, 500oC y 600oC en el caso de las muestras depositadas sobre cuarzo. Los estudios de XPS revelan que TiO2 obtenido a 450oC o a largos tiempos de tratamiento térmico contiene cantidades pequeñas, pero significativas en la superficie, de Na+ proveniente del vidrio puede afectar algunas aplicaciones. Las muestras tratadas a 250oc y 350oC son amorfas mientras que las tratadas a 450oC presentaron una estructura anatasa con una microestructura nanoestructurada y homogénea. Las capas de TiO2 obtenidas fueron aislantes y no pasivan el paso de corriente de un substrato conductor y su ventana de acción electroquímica es de -0.7 V a 0.5 V. Los cultivos neuronales muestran que hay crecimiento neuronal sobre las capas obtenidas de TiO2 aunque con inhibición del desarrollo de dendritas que parece estar motivado por la química del material más que por su microestructura. Las capas de IrOx fueron obtenidas por deposición electroquímica a corriente constante (35 μA/cm2) y a potencial dinámico (0.55V, 10mV/s) con 17, 25, 50 y 100 ciclos. La estructura resultante fue amorfa o quasi-amorfa con una estructura local tipo rutilo que permite la inserción de H+ o K+ y con grados de homogeneidad variable. La caracterización electroquímica y eléctrica muestran que el IrOx obtenido es un conductor electro-iónico (mixto) con capacidad de sufrir cambios en el estado de oxidación del Ir, e intercalación simultánea de protones en forma hidratada, con facilidad. Los resultados obtenidos por ECQM muestran que el proceso de formación electroquímica del IrOx consume 4.2 e-/Ir y por tanto involucra un proceso adicional a la oxidación del Ir(III) precursor. Los cultivos celulares sobre IrOx lo muestran como el mejor substrato probado con diferencias significativas con respecto al TiO2. El crecimiento de dendritas no parece estar inhibido ya que la supervivencia neural es muy alta, equivalente a la referencia. Las capas del óxido mixto (Ir-Ti)Ox fueron obtenidas por spin coating en substratos de Pt/cuarzo partiendo de disoluciones de Ti (donde el Ti está en forma de isopropóxido) e Ir (donde el Ir está como cloruro). Las capas depositadas se trataron térmicamente a temperaturas de 600oCy 650oC. Los resultados de GIXRD muestran que las capas del óxido mixto son más cristalinas que los óxidos simples con tres fases presentes: TiO2 anatasa y rutilo e IrOx rutilo. Además diferencias en la intensidad de los picos con la variación del ángulo de incidencia hacen pensar que el material puede ser un compuesto estratificado con IrOx localizado en mayor proporción en la superficie. Las capas presentan una microestructura homogénea menos rugosa y más hidrofílica que en el caso de los óxidos simples. Los cultivos neuronales muestran una buena adhesión de las neuronas a las capas del óxido mixto y es evidente que la supervivencia celular mejora incrementando la cantidad de iridio. Al evaluar los tres materiales en términos de supervivencia y desarrollo neuronal se puede afirmar que el iridio tiene un papel determinante en la aplicación de dichos materiales como posibles substratos para crecimiento celular y electroestimulación. Además las capas de IrOx se muestran como la mejor opción para ser utilizadas como soporte neuronal. / Some electroactive oxide ionic conductors can be mixed ionic conductors (ionic-electronic conductivity) with an oxidation-reduction chemistry involving intercalation/deintercalation processes in open structures or with vacant. These materials may have physical properties related with changes in oxidation states of the elements involved in the oxide structure. Some of these oxides show biocompatible behaviours, which makes them ideal materials to be uses as electrodes in biological systems when combined with its electroactivity and biocompatibility. In this research work thin films of TiO2, IrOX and a mixed oxides of the two previous components have been obtained to be applied as substrates for neuronal growth. Once synthesized, the layers of the three materials under study were structurally characterized by GIXRD, X-ray reflectometry, XPS, XAS, Raman spectroscopy and ATR. The microstructure was evaluated using the techniques of AFM, SEM and contact angle measurement. Subsequently an electrochemical characterization and evaluation of the transport properties by CV, IS and ECQM was done. Finally the possible use of these materials as substrates for neuronal growth was evaluated by neuronal cells cultures of the cerebral cortex of rat embryos Whistar E14 and E18. TiO2 layers were obtained by sol - gel and deposited by spin coating on Indium Tin Oxide and quartz substrates; the films were heat treated at temperatures of 250oC, 350oC and 450oC in the case of samples deposited on ITO and 350oC, 450oC, 500oC and 600oC in the case of samples deposited on quartz. XPS studies reveal that TiO2 films treated at 450oC or with long heat treatment times contains small amounts, but significant on the surface, of Na ions from the glass substrate that may affect some applications. The samples treated at 350oC 250oc and are amorphous while those treated at 450oC showed an anatase structure with a nanostructured and homogeneous microstructure. TiO2 layers obtained do not passive current flow across a conductor substrate and its electrochemical action window is from -0.7 V to 0.5 V Vs Pt. The neuronal cell cultures show that there is neuronal growth on the TiO2 layers although an inhibition in the development of dendrites appears motivated by chemistry of the material rather than microstructure. IrOX layers were obtained by electrochemical deposition at constant current (35μA/cm2) and dynamic potential (0.55V, 10mV / s) with 17, 25, 50 and 100 cycles. The resulting structure was amorphous or quasi-amorphous with a rutile local structure that allows the insertion of H+ or K+, with variable degrees of homogeneity. The electrochemical and electrical characterization show that the IrOX obtained is an electro-ionic conductor (mixed) with the capacity to undergo changes in oxidation state of Ir, and simultaneous intercalation of protons in hydrated form. ECQM results show that the process of electrochemical formation of the IrOX films consumes 4.2 e-/Ir and therefore involves an additional oxidation process of the Ir (III) precursor. Cell cultures on IrOX show this material as the best substrate tested with significant differences respect to the TiO2. The growth of dendrites does not seem to be inhibited and the neural survival is very high, equivalent to the reference. The layers of mixed oxide (Ir-Ti)Ox were obtained by spin coating on substrates of Pt / quartz from solutions of Ti (where Ti is in the isopropoxide form) and Ir (where Ir is as a chloride). The layers deposited were treated at temperatures of 650oC and 600oC. GIXRD results show that the mixed oxide coatings are more crystalline than the simple oxides with three phases: anatase and rutile TiO2 and IrO2 rutile. Besides differences in the intensity of the peaks with the variation of the incidence angle suggest that the material can be laminated with the IrOX located mostly at the surface. The layers have a homogeneous microstructure, less rough and more hydrophilic than in the case of the simple oxides. The neuronal cell cultures show a good adhesion of the neurons on the mixed oxide layers and it is clear that cell survival improves by increasing the iridium amount. When the tree materials are evaluated in terms of neuronal survival and development can be said that the iridium has an important role in the implementation of these materials as potential substrates for cell growth and electrostimulation. Furthermore IrOX layers are shown as the best option to be used as neuronal support.

En el presente trabajo se han diseñado, construido y evaluado dos fluorosensores miniaturizados y portátiles, que pueden representar una alternativa a la instrumentación analítica clásica de elevado coste, gran tamaño y elevado consumo de reactivos, que necesita de mantenimiento y de personal especializado para su utilización. El empleo de fluorescencia representa intrínsecamente una ventaja en términos de sensibilidad y minimización de interferencias, ya que existen muy pocas moléculas que sean fluorescentes, y menos aún en la zona vis-NIR del espectro electromagnético. Asimismo, los dos dispositivos desarrollados presentan una gran versatilidad para su posible uso en la detección de diversos analitos en función del optodo seleccionado. Los optodos empleados en los dispositivos desarrollados incluyen cromo(fluoro)ionóforos que han sido diseñados, sintetizados y caracterizados en el presente trabajo para operar con la instrumentación miniaturizada y de bajo coste disponible. Se han diseñado, sintetizado y caracterizado nuevos colorantes cianina (croconinas, cetocianinas y (nor)cianinas-anilinas) para su utilización como cromo(fluoro)ionóforos en optodos, tanto en medidas basadas en absorbancia como en fluorescencia.El primer dispositivo opera integrado como detector en un sistema de análisis por inyección de flujo continuo (FIA), y tanto con un optodo selectivo a potasio, como con uno selectivo a plomo, ha mostrado unas apropiadas características analíticas. Su utilización en la determinación de potasio en muestras dopadas de agua potable de red y de plomo en extractos de suelos contaminados ha demostrado su aplicabilidad en muestras reales. El segundo dispositivo consiste en una sonda más portátil y manejable y en la que la intercambiabilidad de la membrana es más fácil, para realizar medidas in-situ y en discontinuo. Ésta se ha activado químicamente con un optodo selectivo a plomo y ha mostrado adecuadas propiedades analíticas de respuesta. Finalmente, se ha aplicado a la determinación de plomo en muestras naturales, verificándose su buen funcionamiento. / In this study two miniaturized and portable fluorosensors were designed, constructed and evaluated. These sensors represent an alternative to classical analytical instrumentation which can be expensive, bulky and reagent dependent, not to mention the need for specialized technicians for its use and maintenance. The use of fluorescence represents an intrinsic advantage with regard to sensibility and interference minimization, since few fluorescent molecules exist in the vis-NIR region of the electromagnetic spectrum. These devices are also versatile; depending on the selected optode they can be used in the detection of diverse analytes. The optodes employed in these devices include chromo(fluoro)iononophores and were designed, synthesized and characterized in this study to operate with miniaturized and low-cost instrumentation. New cyanine dyes (croconines, ketocyanines and (nor)cyanine-anilines) were designed, synthesized and characterized for use as chromo(fluoro)iononophores in optodes for absorbance-based measurements as well as for fluorescence-based measurements. The first device operates as an integrated detector in a continuous flow injection analysis (FIA) system and showed excellent analytical performance with a potassium-selective optode, as well as with a lead-selective one. Its use in the determination of potassium in doped potable water samples, and of lead in contaminated soil extracts, demonstrates its applicability to natural samples. The second device consists of a more portable and user-friendly dip-probe which facilitates the interchangeability of the membrane when in-situ and continuous measurements are carried out. The dip-probe device was chemically activated with a lead-selective optode and also demonstrated good analytical response properties.Finally, this second device was applied to lead determination in natural samples, resulting in positive verifiable performance.

La fabricación de nanoestructuras funcionales moleculares en superficies que puedan actuar como quimio- y biosensores, sistemas de almacenamiento de información o cualquier otro dispositivo tecnológico se ha convertido en un reto de gran interés para científicos y tecnólogos de todo el mundo. El reto es obvio, combinar conocimientos de química, ciencia de superficies, propiedades físicas y técnicas de nanoestructuración para conseguir unos sistemas con tamaños, eficacias y tiempo de respuesta optimizados. Dicho reto es el que se ha querido abordar en esta Tesis Doctoral para contribuir a avanzar en dicho campo junto con las aportaciones de otros muchos grupos. El primer paso fue la elección de los sistemas moleculares adecuados. De las posibles propiedades de trabajo y que pueden exhibir los materiales moleculares, en nuestro grupo de trabajo se ha centrado la atención en las propiedades ópticas, concretamente las de fluorescencia. No obstante no era suficiente estructurar un material molecular ópticamente activo, sino que además éste deberá responder ante un estímulo externo. En otras palabras, el objetivo se centraba en sistemas moleculares que cambian entre dos o más estados con diferentes propiedades de emisión. Esta es una de las condiciones necesarias si se quiere que los dispositivos basados en estos sistemas se conviertan algún día en una realidad. Los estímulos externos que se pueden utilizar para inducir la interconversion de propiedades son diversos, como reconocimiento selectivo de proteínas, analitos o variaciones de pH. En concreto, en esta Tesis Doctoral el interés se ha centrado en el desarrollo de quimiosensores de pH. El uso de estos sistemas de trabajo ha supuesto una plataforma excelente para el desarrollo de nuevas nanoestructuras funcionales así como explorar los límites existentes hoy en día para las técnicas de nanoestructuración. En efecto, en el caso de las nanoestructuras donde la variedad radicaba en los sistemas moleculares, se han utilizado técnicas y metodologías de fabricación bien establecidas. Sin embargo, en otros casos se han abordado auténticos retos como es la fabricación de librerías combinatoriales de tres sistemas moleculares activos diferentes. Esto ha conducido al uso de una técnica litográfica como el "dip pen" hasta las fronteras de los trabajos desarrollados hasta la fecha. De esta manera, esta Tesis Doctoral también supone una contribución muy importante en cuanto a lo que técnicas de fabricación se refiere. Aunque el reto era considerable, la consecución de los objetivos ha supuesto una importante contribución en la frontera del conocimiento en campos como las técnicas de estructuración, comportamiento de materiales en superficies o la fotónica dada la importante involucración de las propiedades de fluorescencia y como varían estas en superficies. Finalmente, no hay que olvidar la importante contribución en el campo de los bio- quimiosensores, dado que todo el conocimiento adquirido puede ser aplicable y de interés no solo para sensores fluorescentes de pH, sino para toda la familia de materiales moleculares. / Fabrication of functional molecular arrays on surfaces that can act as chemo- and biosensors, information storage systems or any other technological device has become an issue of great interest to scientists and technologists worldwide. The main challenge is to combine knowledge of chemistry, surface science, physical properties and nanostructuration techniques to achieve systems with sizes, efficiencies and optimized response times. This challenge is what we have tried to address in this Thesis to contribute to the progress of this field together with many other groups. The first step was to choose the appropriate molecular systems. Of the many properties a molecular material may exhibit, our working group has focused attention on the optical properties, namely fluorescence. But it was not enough to structure an optically active molecular material, it must also respond to external stimuli. In other words, the objective was focused on molecular systems that switch between two or more states with different emission properties. This is one of the necessary conditions for these devices, based on molecular systems, to become a reality someday. External stimuli that can be used to induce interconversion properties are diverse, among then selective recognition of proteins and/or analytes or pH variations. Specifically, in this Thesis, the interest has focused in the development of pH chemosensors. The use of these systems has been an excellent platform for developing new functional nanostructures. They have also allowed us to explore the limits of nanostructuration techniques today. In the case of nanostructures where the variety lay in the molecular systems, well established manufacturing techniques and methodologies have been used. However, in other cases, our group has dealt with real challenges such as the production of combinatorial libraries of three different molecular systems. This has led to the use of a lithographic technique as dip pen nanolithography (DPN) to the borders of the work carried out to date. Thus, this thesis also makes a major contribution in terms of manufacturing techniques are concerned. Although the challenge was considerable, the achievement of the objectives has made an important contribution to the development in such areas as structuration techniques, behavior of materials on surfaces or photonics, given the significant involvement of the fluorescent properties and how they vary on surfaces. Finally, do not forget the important contribution in the field of bio- and chemosensors, since all the knowledge gained may be applicable and of interest not only to fluorescent pH sensors, but for the entire family of molecular materials.

En los últimos cincuenta años, los materiales calcogenuros han constituido una auténtica revolución científica, tecnológica..., debido a sus aplicaciones en diferentes dominios como memorias de ordenador, fotoresistencias, xerografía así como una excelente transmisión óptica en el infrarrojo (IR) para ciertas longitudes de onda. Recientemente, se han obtenido con éxito fibras ópticas en el IR a partir de estos vidrios.Los sólidos cristalinos son termodinámicamente inestables por encima de la temperatura de fusión. En el caso de los sólidos amorfos, la fase sólida deviene cinéticamente inestable por encima de la temperatura de transición vítrea. El calentamiento continuo da lugar a que la muestra pase de un estado amorfo a un estado líquido subenfriado, desde el que tiende a transformarse al estado cristalino. La microestructura de las fases cristalinas depende de la competición entre los núcleos y del tipo de crecimiento cristalino. Por lo tanto, el estudio de las condiciones y los mecanismos de cristalización es útil para predecir las microestructuras que pueden obtenerse después del tratamiento térmico.La cinética de cristalización de las muestras calcogenuras dentro el sistema binario GeSe2-Sb2Se3 se analizó usando DSC. En esta memoria se presentan los resultados obtenidos usando el método del calentamiento continuo o bien del tratamiento isotérmico de las muestras amorfas de composición (Sb2Se3)1-a(GeSe2)a para a Ì.50, .58, .63, .67*. Estas composiciones son próximas a la del eutéctico del sistema GeSe2-Sb2Se3, situado en a = 0.58. Se han determinado los parámetros cinéticos que rigen el proceso de cristalización de los materiales estudiados. Las muestras han sido fabricadas mediante la técnica del temple en agua. También se ha realizado un estudio complementario de la recristalización de las aleaciones cristalinas (Sb2Se3)1-a(GeSe2)a cuya a Ì0, .19*.La cinética de cristalización de aleaciones amorfas del sistema Ge-Se-Sb obtenidas por temple en agua se investigó por medio de la calorimetria diferencial de barrido, microscopio electrónico de barrido y difracción de rayos X. Se han identificado los procesos principales de cristalización. Estos corresponden a la formación de los compuestos cristalinos estables, GeSe2, Sb2Se3. Tanto los datos de difracción de rayos X como de análisis EDX por microscopía electrónica (SEM) los han confirmado. Se han discutido los datos calorimetricos isotérmicos y de calentamiento continuo en cuanto a los mecanismos que controlan el proceso de cristalización. Una parametrización provisional de las magnitudes como la frecuencia de nucleación y la velocidad de crecimiento cristalino está relacionada con el diagrama de fases del sistema GeSe2-Sb2Se3. Se ha constatado que la cristalización resulta de una nucleación homogénea/heterogénea controlada por interface/difusión.Gracias a las medidas calorimetricas de relajación de las muestras amorfas, se ha podido determinar la entalpía de relajación así como la capacidad calorifica correspondiente. No obstante, el tratamiento isotérmico del líquido subenfriado muestra que el proceso de la relajación influye de manera importante sobre el proceso de cristalización.El estudio cinético de la transición vítrea resulta tanto en la determinación de la energía de activación como el estudio de la variación de la temperatura de la transición vítrea, Tg, en función del factor de coordinación medio, <r>. / In the last fifty years, the chacogenide material has constituted an authentic scientific revolution, technological., due to their applications in several domains like memoir of computer, [fotoresistencias], [xerografía] as well as an excellent optic transmission in the infrared (IR) for certain longitudes of wave. Recently, optic fibers have been gotten with success in the infrared region from those chalcogenide glasses.The crystalline solid is thermodinamically inestable above the fusion temperature. In the case of the amorphous solid, the phase solid becomes inestable kinetically above the glass transition temperature. The continuous heating treatment gives place to that the sample pass from amorphous state to a superluiquid one, by the crystallization state way transformation. The microstructure of the crystalline phases relies on the competition between the nuclei and the type of crystalline growth. Therefore, the study of the conditions and the mechanisms of crystallization are useful in order to predict the micrustructure that could get after the thermal treatment.The kinetic of crystallization of the chalcogenide samples of the binary system GeSe2-Sb2Se3 was analyzed using DSC. In this memory the gotten outputs are presented using the method of the continuous heating treatment as well as the isothermal treatment of amorphous sample of (Sb2Se3) 1-a (GeSe2) composition with a{.50, .58, .63, .67}. Those compositions are very close to the eutectic point of the GeSe2-Sb2Se3 system, located in a = 0.58. The kinetics parameters that govern the process of crystallization have been determined of the studied materials. The chalcogenide samples have been prepared by the technique of quenching in water. It has also been carried out a complementary study of the recrystallization of the crystalline alloys (Sb2Se3) 1-a (GeSe2) witch a {0, 0.19}.The kinetic of the crystallization of the amorphous alloys of the Ge-Se-Sb system gotten by quenching was investigated by the differential scanning calorimetry and X-ray diffraction. It has been identified the principal processes of the crystallization. These correspond to the formation of the stable crystalline compound, GeSe2, Sb2Se3. So much the data of X-rays like of EDX analysis by scanning electron microscopy (SEM) have confirmed them. It has been discuted the isothermal calorimetric measurments as well as the continuos heating treatments in order to confirm the mechanisms that control the process of crystallization. A provisional parameterization of the magnitudes like the frequency of nucleation and the velocity of the crystalline growth is related with the diagram of phases of the GeSe2-Sb2Se3 system. The crystallization is viewed as resulting from homogeneous/heterogeneous nucleation and interface/diffusion controlled crystal growth.Using the calorimetric relaxation measurement of the amorphous sample, the relaxation enthalpy as well as the heat capacity, have been determined. Nevertheless, the isothermal treatment of the supercooled liquid shows that the process of the relaxation influences of important manner on the crystallization process.The kinetic study of the glass transition results the determination, on one hand the activation energy and on the other hand the study of the variation of the glass transition temperature Tg as function as of the factor half of coordination,< r>.