La presente tesis doctoral titulada “Materiales de sílice funcionales para la liberación controlada, detección y eliminación de moléculas de interés” se centra en el diseño y desarrollo de materiales híbridos orgánico-inorgánicos mediante la aplicación de los conceptos de Química Supramolecular. Durante el desarrollo de la presente tesis doctoral se han preparado y caracterizado diferentes materiales de base silícea para distintas aplicaciones. La primera parte de la tesis se centra en el desarrollo de materiales de base silícea capaces de variar su comportamiento fluorescente en función de la presencia o ausencia de un cierto analito en el medio. Estos materiales emplean como soporte nanopartículas de sílice que se funcionalizan superficialmente con dos unidades diferentes, una coordinante y una indicadora (un fluoróforo). La interacción del analito de interés (en nuestro caso aniones) con la unidad coordinante modificará las propiedades emisivas del fluoróforo. Así, se han preparado dos materiales en los cuales el grupo fluorescente es rodamina mientras que el grupo coordinante es un imidazolato o una sal de guanidinio respectivamente. Una vez caracterizados ambos materiales se estudió su comportamiento frente a diferentes especies aniónicas a diferentes concentraciones resultando selectivos a la presencia de benzoato (el material funcionalizado con imidazolatos), dihidrógeno fosfato e hidrógeno sulfato (el material funcionalizado con sales de guanidinio). El tercer capítulo de la tesis se centra en la aplicación de materiales híbridos orgánico-inorgánicos para la detección y eliminación de especies altamente tóxicas como son los agentes neurotóxicos. Estos son compuestos organofosforados capaces de causar graves lesiones en el sistema nervioso central. En una primera aproximación se emplea el concepto de puerta molecular para la detección de agentes neurotóxicos. Para ello, se utiliza como soporte inorgánico un material mesoporoso de sílice (MCM-41) cuyos poros se cargan con un colorante que actúa de indicador mientras que la superficie externa del mismo se funcionaliza con una molécula capaz de reaccionar con dichos agentes neurotóxicos. Dicha molécula es capaz de interaccionar entre sí (mediante enlaces de hidrógeno) formando una red que mantiene bloqueada la salida de los poros. En presencia de DCP (dietilclorofosfato, un simulante de agente neurotóxico), y después de que este reaccione con dicha molécula, se produce una reorganización espacial que permite la liberación del colorante. De este modo, la presencia de los agentes neurotóxicos está señalizada mediante un cambio de color. En una segunda aproximación se aborda el uso de soportes inorgánicos de tipo MCM-41 como materiales para la eliminación de agentes neurotóxicos. Para ello se modificaron químicamente las superficies de estos materiales silíceos mediante tratamiento con distintas bases. Como consecuencia de este tratamiento básico los silanoles de la superficie se desprotonan dando lugar a los correspondientes silanolatos (nucleófilos fuertes). Estos silanolatos son capaces de reaccionar con los agentes neurotóxicos descomponiéndolos y favoreciendo su eliminación de un medio contaminado. Por último, se estudia la aplicación de materiales híbridos orgánico-inorgánicos funcionalizados con puertas moleculares en aplicaciones de liberación controlada, concretamente, en liberación controlada intracelular de fármacos de interés. El material híbrido consta de un soporte de sílice mesoporosa cuyos poros se cargan con un compuesto citotóxico (camptotecina) y su superficie externa se funcionaliza con una gluconamida. La presencia de una monocapa densa de gluconamidas por el exterior del material inhibe la liberación del compuesto citotóxico. Al añadir enzimas con capacidad para hidrolizar enlaces amida (amidasa y pronasa) se produce la liberación de la camptotecina. El correcto funcionamiento del material se comprobó in vitro e in vivo (en células HeLa). / Candel Busquets, I. (2014). Functional silica materials for controlled release, sensing and elimination of target molecules [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39101 / TESIS

The purpose of the present thesis was the use and valorisation of biomass platform molecules or their derivatives, applying the principles of sustainable chemistry. The reaction of ketonic decarboxylation of carboxylic acids was studied in the presence of metal oxides. ZrO2 was shown to be an excellent catalyst for the reaction, reasonably stable with time on stream and reusable. The reactivity of different substrates over ZrO2 was investigated with respect to the degree of substitution of the carbon in alpha position. 2-methylbutanoic acid, with one methyl replacing one of the alpha H atoms and, thereby, introducing a steric hindrance, showed slower reaction rates than pentanoic acid with two alpha H¿. It was concluded that for 2-methylbutanoic acid reactions occurred preferentially at the edges and the corners of the catalyst. The reactivity of the acids without alpha hydrogen atoms, which cannot not react via the mechanism involving the beta-ketoacid, was studied. There was no reaction under standard conditions, and when the reaction conditions were forced by increasing reaction temperature, pivalic acid was transformed. It was observed that a retro-Koch reaction occurred, in addition to other reactions like hydrogenation, rearrangement and fragmentation. Also in the case of 2,2,5,5-tetramethyladipic acid, the retro-Koch reaction produced two isomers of 2,2,5-trimethylhexenoic acid, which then reacted further to by-products such as a ketone and a lactone. These results further reinforce the proposed mechanism via the beta-ketoacid for carboxylic acids containing at least one alpha hydrogen atom. ZrO2 was used as a catalyst for the production of long chain linear alkanes in the range of waxes, from substances of renewable origin such as vegetable oil and its derivatives. Working under optimized conditions, methyl stearate was converted into waxes with a yield of 60% (72% of this fraction was molecules with 35 carbons). When using sunflower oil as substrate the final yield of the waxes was higher than 40%, but a second hydrodeoxygenation step was required. In the case of the oil, a large number of fragmentations was produced. In part this was due to the insaturations of fatty acids, and probably also to radicals, promoted by the glycerol part. In this thesis, the unique catalytic activity of TiO2, with respect to ZrO2, was evidenced when carboxylic acids were employed as substrates. TiO2 catalyzes the ketone decarboxylation reaction, showing higher yields to the ketone than ZrO2 at low reaction temperatures, between 325 to 350 °C. In addition, TiO2 catalyzes cascade reactions that lead to the production of olefins. It was shown that on the surface of the TiO2, hydrogen transfer occurred between different molecules, and also aldol condensation of ketones, both playing an important role in the formation of the olefins. These reactions were used for the production of a biofuel. With TiO2, the biofuel contains more compounds with higher molecular weight than the biofuel produced with ZrO2 due to the C-C bond formation reactions, which are catalyzed by TiO2. Consequently, the amount of the diesel fraction was increased by replacing the ZrO2 by TiO2, when pentanoic acid, available from the saccharides, was reacted. / La presente tesis tuvo como objetivo el aprovechamiento y la valorización de productos de biomasa o sus derivados aplicando los principios de la química sostenible. Se estudió la reacción de descarboxilación cetónica de ácidos carboxílicos en presencia de óxidos de metal. Se demostró que el ZrO2 es un excelente catalizador de la reacción, razonablemente estable con el tiempo en lecho fijo y reusable. Se investigó la reactividad de diferentes sustratos sobre el ZrO2 en función del grado de sustitución del carbono en posición alfa. El ácido 2-metilbutanoico, con un metilo sustituyendo a uno de los H-alfa e introduciendo un impedimento estérico, presentó velocidades de reacción más lentas que el ácido pentanoico con dos H-alfa. Se concluyó que para el ácido 2-metilbutanoico las reacciones ocurren preferentemente en las aristas y los vértices del catalizador. Se estudió la reactividad de los ácidos sin átomos de hidrógeno en posición alfa que no deben reaccionar por el mecanismo vía el beta-cetoácido, el cual se está favoreciendo en la literatura como mecanismo para la descarboxilación cetónica. No hay reacción en las condiciones estándar, y al forzar las condiciones de reacción para el ácido piválico trabajando a temperaturas elevadas, se observó que se produce la reacción retro-Koch, además de otras reacciones como la hidrogenación, el reordenamiento y la fractura del ácido. También en el caso del ácido 2,2,5,5-tetrametiladípico se produjo la reacción retro-Koch produciendo dos isómeros del ácido 2,2,5-trimetilhexenoico que después forman productos secundarios como una cetona y una lactona. Estos resultados refuerzan aún más el mecanismo propuesto vía el beta-cetoácido. El ZrO2 fue empleado como catalizador para la obtención de alcanos lineales de cadena larga, del rango de ceras, a partir de sustancias de origen renovable como aceite vegetal y sus derivados. Trabajando en las condiciones optimizadas se transformó el estearato de metilo a ceras con un rendimiento del 60% (del cual un 72% de las moléculas tienen 35 carbonos). Al emplear aceite de girasol como sustrato el rendimiento final a las ceras es de más del 40%, pero se requirió una segunda etapa de hidrodesoxigenación. En el caso del aceite se produce un buen número de fragmentaciones debidas en cierta medida a las insaturaciones de los ácidos grasos y a radicales promovidos por el glicerol. En la tesis se puso en evidencia la singular actividad catalítica del TiO2 respecto al ZrO2 cuando se emplean ácidos carboxílicos como sustratos. El TiO2 también cataliza la reacción de descarboxilación cetónica, mostrando mayores rendimientos a la cetona que el ZrO2 a temperaturas de reacción bajas, de 325 - 350 °C. Además, el TiO2 cataliza una serie de reacciones en cascada que desembocan en la obtención de olefinas. Se demostró que sobre la superficie del TiO2 ocurrieron transferencias de hidruros entre diferentes moléculas además de la condensación aldólica de cetonas, ambas jugando un papel importante en la formación de las olefinas. Estas reacciones fueron aprovechadas para la producción de un bio-carburante. Con el TiO2 se consiguió que el bio-carburante contuviese compuestos de mayor peso molecular que con el ZrO2 debido a las reacciones de formación de enlaces C-C que cataliza. Consecuentemente, se llegó a aumentar la cantidad de la fracción diésel sustituyendo el ZrO2 por TiO2, al emplear como sustrato el ácido pentanoico que se puede obtener a partir de sacáridos. / La present tesi va tenir com a objectiu l'aprofitament i la valorització de productes de biomassa o els seus derivats aplicant els principis de la química sostenible. Es va estudiar la reacció de descarboxilació cetònica d'àcids carboxílics en presència d'òxids de metall. Es va demostrar que el ZrO2 és un excel·lent catalitzador de la reacció, raonablement estable amb el temps en un llit fix i reutilitzable. Es va investigar la reactivitat de diferents substrats sobre el ZrO2 en funció del grau de substitució del carboni en posició alfa. L'àcid 2-metilbutanoico, amb un metil substituint a un dels H-alfa i introduint un impediment estèric, va presentar velocitats de reacció més lentes que l'àcid pentanoico amb dos H-alfa. Es va concloure que per a l'àcid 2-metilbutanoico les reaccions ocorren preferentment en les arestes i els vèrtexs del catalitzador. Es va estudiar la reactivitat dels àcids sense àtoms d'hidrogen en posició alfa que no han de reaccionar pel mecanisme via el beta-cetoàcid, què s'està afavorint en la literatura com a mecanisme per la descarboxilación cetònica. No hi ha reacció en les condicions estàndard i, en forçar les condicions de reacció per a l'àcid piválico treballant a temperatures elevades, es va observar que es produeix la reacció retro-Koch, a més d'altres reaccions com la hidrogenació, el reordenament i la fractura de l'àcid. També en el cas de l'àcid 2,2,5,5-tetrametiladípico es va produir la reacció retro-Koch produint dos isòmers de l'àcid 2,2,5-trimetilhexenoico que després formen productes secundaris com una cetona i una lactona. Aquests resultats reforcen encara més el mecanisme proposat via el beta-cetoàcid. El ZrO2 va ser emprat com a catalitzador per a l'obtenció d'alcans lineals de cadena llarga, del rang de ceres, a partir de substàncies d'origen renovable com a oli vegetal i els seus derivats. Treballant en les condicions optimitzades es va transformar el estearat de metil a ceres amb un rendiment del 60% (del qual un 72% de molècules tenen 35 carbonis). Al emprar oli de gira-sol com a substrat el rendiment final a les ceres es de més del 40%, però es va requerir una segona etapa de hidrodesoxigenación. En el cas de l'oli es produeix un bon nombre de fragmentacions degudes en certa mesura a les instauracions dels àcids grassos i a radicals promoguts pel glicerol. En la tesi es va posar en evidència la singular activitat catalítica del TiO2 respecte al ZrO2 quan s'empren àcids carboxílics com a substrats. El TiO2 també catalitza la reacció de descarboxilación cetònica, mostrant majors rendiments a la cetona que el ZrO2 a temperatures de reacció baixes, de 325 - 350 °C. A més, el TiO2 catalitza una sèrie de reaccions en cascada que desemboquen en l'obtenció d'olefines. Es va demostrar que sobre la superfície del TiO2 van ocórrer transferències d'hidrògens entre diferents molècules a més a més de la condensació aldólica de cetones, ambdues jugant un paper important en la formació de les olefines. Aquestes reaccions van ser aprofitades per a la producció d'un bio-carburant. Amb el TiO2 es va aconseguir que el bio-carburant contingués composts de major pes molecular que amb el ZrO2 a causa de les reaccions de formació d'enllaços C-C que catalitza. Conseqüentment, es va arribar a augmentar la quantitat de la fracció dièsel substituint el ZrO2 per TiO2, al utilitzar com a substrat l'àcid pentanoico que es pot obtenir a partir de sacàrids. / Oliver Tomás, B. (2017). Transformación de biomasa a productos químicos de interés y carburantes mediante descarboxilación cetónica e hidrodesoxigenación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90411 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Nanodispositivos mesoporosos híbridos funcionalizados con enzimas para detección, liberación controlada y comunicación molecular" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de distintos nanodispositivos híbridos orgánico-inorgánicos utilizando como soporte nanopartículas tipo Janus de oro y sílice mesoporosa, que se equipan con enzimas, especies fluorescentes y puertas moleculares. Como conclusión general, los estudios realizados muestran que la incorporación de enzimas sobre nanopartículas permite introducir funciones de reconocimiento con alta especificidad y diseñar nanodispositivos avanzados para distintas finalidades. La combinación de nanopartículas híbridas con grupos orgánicos como puertas moleculares, efectores enzimáticos y especies cromo- fluorogénicas o fármacos puede resultar muy versátil; y se espera que los resultados obtenidos puedan inspirar el desarrollo de nuevos materiales inteligentes con aplicación en distintas áreas como la nanomedicina y la detección de moléculas de interés. / [CAT] La present tesi doctoral titulada "Nanodispositius mesoporosos híbrids funcionalitzats amb enzims per a detecció, alliberació controlada i comunicació molecular" es centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació de distints nanodispositius híbrids orgànic-inorgànics utilitzant com a suport nanopartícules tipus Janus d'or i sílice mesoporosa, que s'equipen amb enzims, espècies fluorescents i portes moleculars. Com a conclusió general, els estudis realitzats mostren que la incorporació d'enzims sobre nanopartícules permeten introduir funcions de reconeixement amb alta especificitat i dissenyar nanodispositius avançats per a distintes finalitats. La combinació de nanopartícules híbrides amb grups orgànics com portes moleculars, efectors enzimàtics i espècies cromo-fluorogèniques o fàrmacs pot resultar molt versàtil; i s'espera que els resultats obsessos inspiren el desenvolupament de nous materials intel·ligents amb aplicació en distintes àrees com la nanomedicina i la detecció de molècules d'interés. / [EN] This PhD thesis entitled "Enzyme-functionalized hybrid mesoporous nanodevices for sensing, controlled release and molecular communication" is focused on the design, synthesis, characterization and evaluation of several hybrid organic-inorganic nanodevices using Janus gold-mesoporous silica nanoparticles as scaffolds, equipped with enzymes, fluorescent species and molecular gates. In conclusion, these studies show that the incorporation of enzymes on nanoparticles allows to introduce recognition capabilities with high specificity and to design advanced nanodevices for different purposes. The combination of hybrid nanoparticles with organic groups such as molecular gates, enzymatic effectors and chromo-fluorogenic species or drugs can be very versatile; and we hope that the obtained results inspire the development of new smart materials with application in different areas such as nanomedice and sensing. / Llopis Lorente, A. (2019). Enzyme-functionalized hybrid mesoporous nanodevices for sensing, controlled release and molecular communication [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/117612 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Detección óptica de especies químicas de importancia ambiental y biológica utilizando sensores moleculares y materiales híbridos" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de sensores químicos moleculares. El trabajo realizado se puede dividir en dos partes: (i) síntesis de sensores de cationes metálicos en disolución y (ii) síntesis y caracterización de nanopartículas híbridas orgánico-inorgánicas para el reconocimiento de especies químicas y biológicas. En el primer capítulo se introduce el marco en el que se engloban los fundamentos teóricos de la química supramolecular en que se basan los estudios prácticos realizados durante la presente tesis doctoral. A continuación, en el capítulo dos, se presentan los objetivos generales de la tesis. En el tercer capítulo se presenta un quimiodosímetro cromo-fluorogénico, capaz de detectar selectivamente cationes trivalentes entre cationes y aniones monovalentes y divalentes mediante una reacción de deshidratación en agua. En el cuarto capítulo se presenta una unidad (BODIPY) conectada electrónicamente con un macrociclo dithia-dioxa-aza. Las soluciones de acetonitrilo y agua-acetonitrilo 95: 5 v / v de la sonda mostraron una banda ICT en la zona visible y son casi no emisivas. Cuando se utilizó acetonitrilo como disolvente, la adición de Hg (II) y cationes metálicos trivalentes indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y mejoras moderadas de la emisión. Se obtuvo una respuesta altamente selectiva al utilizar medios competitivos como agua-acetonitrilo 95:5 v/v. En este caso, sólo el Hg (II) indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y una mejora marcada de la emisión. El quinto capítulo explora el desarrollo de sensores para berberina y amantadina. Dos moléculas de interés biológico por su uso como fármacos. Se han preparado tres sistemas de sensores basados en la aproximación de puertas moleculares. En concreto, sobre nanopartículas MCM-41 cargadas con rodamina B como unidad de señalización, se ha llevado a cabo la funcionalización con diversas aminas y el bloqueo de poros con cucurbituril CB7. Las aminas utilizadas son ii ciclohexilamina, bencilamina y amantadina. Los materiales obtenidos se han caracterizado por técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión confirmando la estructura mesoporosa de las nanopartículas. Los materiales preparados muestran una respuesta a la berberina y la adamantina, quitando el tapón y liberando el tinte fluorescente al medio. La respuesta de los materiales a las dos sustancias de interés (berberina y amantadina) depende de la estructura química de cada uno de los materiales en función de las constantes de afinidad entre el analito y CB7. Los resultados obtenidos abren el camino al uso de puertas moleculares como sensores de berberina y amantadina. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Detecció òptica d'espècies químiques d'importància ambiental i biològica utilitzant sensors moleculars i materials híbrids" se centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació de sensors químics moleculars. El treball realitzat es pot dividir en dues parts: (i) síntesi de sensors de cations metàl·lics en dissolució i (ii) síntesi i caracterització de nanopartícules híbrides orgànic-inorgànics per al reconeixement d'espècies químiques i biològiques. En el primer capítol s'introdueix el marc en el qual s'engloben els fonaments teòrics de la química supramolecular en què es basen els estudis pràctics realitzats durant la present tesi doctoral. A continuació, en el capítol dos, es presenten els objectius generals de la tesi. En el tercer capítol es presenta un quimiodosímetro crom-fluorogénic, capaç de detectar selectivament cations trivalents entre cations i anions monovalents i divalents mitjançant una reacció de deshidratació en aigua. En el quart capítol es presenta una unitat (BODIPY) connectada electrònicament amb un macrocicle dithia-dioxa-aza. Les solucions de acetonitril i aigua-acetonitril 95:5 v/v de la sonda van mostrar una banda ICT a la zona visible i són gairebé no emisivas. Quan es va utilitzar acetonitril com a dissolvent, l'addició de Hg (II) i cations metàl·lics trivalents va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i millores moderades de l'emissió. Es va obtenir una resposta altament selectiva a l'utilitzar mitjans competitius com aigua-acetonitril 95:5 v/v. En aquest cas, només el Hg (II) va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i una millora marcada de l'emissió. El cinquè capítol explora el desenvolupament de sensors per berberina i amantadina. Dues molècules d'interès biològic pel seu ús com a fàrmacs. S'han preparat tres sistemes de sensors basats en l'aproximació de portes moleculars. En concret, sobre nanopartícules MCM-41 carregades amb rodamina B com a unitat de senyalització, s'ha dut a terme la funcionalització amb diverses amines i el bloqueig de porus amb cucurbituril CB7. Les amines utilitzades són ciclohexilamina, bencilamina i amantadina. Els materials obtinguts s'han caracteritzat per tècniques iv de difracció de raigs X i microscòpia electrònica de transmissió confirmant l'estructura mesoporosa de les nanopartícules. Els materials preparats mostren una resposta a la berberina i la adamantina, llevant el tap i alliberant el tint fluorescent a l'mig. La resposta dels materials a les dues substàncies d'interès (berberina i amantadina) depèn de l'estructura química de cada un dels materials en funció de les constants d'afinitat entre l'anàlit i CB7. Els resultats obtinguts obren el camí a l'ús de portes moleculars com a sensors de berberina i amantadina. / [EN] The present doctoral thesis entitled "Optical detection of chemical species of environmental and biological importance using molecular sensors and hybrid materials" focuses on the design, preparation, characterization and evaluation of molecular chemical sensors. The work carried out can be divided into two parts: (i) synthesis of metal cation sensors in solution and (ii) synthesis and characterization of hybrid organic-inorganic nanoparticles for the recognition of chemical and biological species. The first chapter introduces the framework that encompasses the theoretical foundations of supramolecular chemistry on which the practical studies carried out during this doctoral thesis are based. Next, in chapter two, the general objectives of the thesis are presented. In the third chapter, a chromium-fluorogenic chemodosimeter is presented, capable of selectively detecting trivalent cations by means of a dehydration reaction in water. The fourth chapter presents a new compound containing a BODIPY unit electronically connected with a dithia-dioxa-aza macrocycle. Acetonitrile and water-acetonitrile 95:5 v/v solutions of the probe showed an ICT band in the visible zone and were nearly non-emissive. When acetonitrile was used as a solvent, addition of Hg(II) and trivalent metal cations induced an hypsochromic shift of the absorption band and moderate emission enhancements. A highly selective response was obtained when using competitive media such as water- acetonitrile 95:5 v/v. In this case only Hg(II) induced a hypsochromic shift of the absorption band and a marked emission enhancement. The fifth chapter explores the development of sensors for berberine and amantadine; two molecules of biological interest due to their use as drugs. Three sensing systems based on a "molecular gate" approximation have been prepared. Specifically, MCM-41 nanoparticles were loaded with Rhodamine B as a signalling unit, functionalized with various amines and capped with cucurbituril CB7. The amines used are cyclohexylamine, benzylamine and amantadine., The materials obtained were characterized by X-ray diffraction techniques and transmission vi electron microscopy, confirming the mesoporous structure of the nanoparticles. The prepared materials showed a response to berberine and adamantine, which induced release of the fluorescent dye to the medium. The response of the materials to the two substances of interest (berberine and amantadine) depends on the chemical structure of the capping ensemble and it is a function of the affinity constants between the analyte and CB7. The results obtained open the way to the use of gated materials as berberine and amantadine probes. / We thank the Spanish Government (MAT2015-64139-C4-1-R) and Generalitat Valenciana (PROMETEOII/2014/047). M. L. P. thanks Generalitat Valenciana for her Grisolia fellowship. Thanks are also due to Fundação para a Ciência e Tecnologia (Portugal) for financial support to the Portuguese NMR network (PTNMR, Bruker Avance III 400-Univ. Minho), FCT and FEDER (European Fund for Regional Development)-COMPETEQREN- EU for financial support to the research centre CQ/UM [PEst-C/ QUI/UI0686/2013 (FCOMP-01-0124-FEDER-037302)], and a post- doctoral grant to R. M. F. Batista (SFRH/BPD/79333/2011). / Lo Presti, M. (2021). Optical detection of chemical species of environmental and biological relevance using molecular sensors and hybrid materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172664 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Mesoporous silica and gold-based nanodevices: new controlled delivery platforms for biomedical applications" se centra en el diseño, síntesis, caracterización y evaluación de distintos nanodispositivos híbridos orgánico-inorgánicos. En concreto, se utilizan como soporte nanopartículas mesoporosas de sílice y nanopartículas de oro para su aplicación biomédica, en concreto en el campo del cáncer de mama. En el primer capítulo se introduce el marco general en el que se engloban los estudios realizados. Se presentan los conceptos relacionados con nanotecnología y nanomedicina, así como la interacción de las nanopartículas a nivel biológico con el organismo y las células. Finalmente, se introducen conceptos básicos del cáncer de mama y la aplicación de nanomateriales como terapia. A continuación, en el segundo capítulo, se exponen los objetivos de la presente tesis doctoral que son abordados en los siguientes capítulos experimentales. En el tercer capítulo se describe el primer nanomaterial para la liberación controlada de dos inhibidores (navitoclax y S63845) de las proteínas anti- apoptóticas de la familia Bcl-2. Este sistema se ha diseñado con el objetivo de superar la resistencia a navitoclax en un modelo celular de cáncer de mama triple negativo. En concreto, se han preparado nanopartículas mesoporosas de sílice cargadas con navitoclax y S63845, y funcionalizadas con un aptámero dirigido a la proteína de superficie MUC1, que actúa como puerta molecular. En este trabajo hemos demostrado que las nanopartículas diseñadas son internalizadas preferentemente por células tumorales de cáncer de mama. También hemos demostrado la capacidad de las nanopartículas de revertir la resistencia a navitoclax en un modelo celular de cáncer de mama triple negativo. Además, ponemos de manifiesto la disminución del principal efecto adverso (trombocitopenia) asociado a la administración del navitoclax en su formulación libre, gracias a la encapsulación en las nanopartículas. En el capítulo cuatro se presenta un sistema sensible a pH para la liberación controlada de un cargo fluorescente y la maquinaria de edición génica basada en el sistema CRISPR/Cas9, dirigido a la edición del gen codificante de la proteína fluorescente verde (GFP, del inglés gren fluorescent protein). El nanodispositivo está constituido por nanopartículas mesoporosas de sílice cargadas con rodamina B, funcionalizadas con polietilenimina y revestidas con el plásmido codificante del sistema CRISPR/Cas9. En este trabajo se ha demostrado el escape lisosomal de las nanopartículas, mediado por el efecto esponja de protones de la PEI. Asimismo, mostramos un nanodispositivo pionero en su campo, basado en nanopartículas mesoporosas de sílice, capaz de realizar la doble función de llevar a cabo la edición del gen codificante de GFP y la liberación exitosa del cargo fluorescente. En el quinto, y último, capítulo experimental se propone una nueva aproximación para realizar una terapia enzimática prodroga empleando nanopartículas de oro como transportadores enzimáticos. En este caso, se aborda la funcionalización de nanopartículas de oro con la enzima peroxidasa de rábano (HRP, del inglés horseradish peroxidase), capaz de transformar la prodroga inocua ácido indol-3-acético en especies radicales que resultan tóxicas para las células tumorales. En este capítulo se ha demostrado el efecto terapéutico del nanodispositivo en combinación con la prodroga en modelos celulares de cáncer de mama de los subtipos luminal A y triple negativo. Además, se ha confirmado la eficacia terapéutica del sistema en esferoides tumorales formados por células de cáncer de mama triple negativo. Por último, se presentan en el capítulo seis las conclusiones extraídas del desarrollo de esta tesis doctoral. Los resultados obtenidos en este trabajo contribuirán al desarrollo de nuevos nanomateriales inteligentes con aplicación en diversas áreas de la nanomedicina. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Mesoporous silica and gold-based nanodevices: new controlled delivery platforms for biomedical applications" se centra en el disseny, síntesi, caracterització i avaluació de diferents nanodispositius híbrids orgànic-inorgànics. En concret, s'utilitzen com a suport nanopartícules mesoporoses de sílice i nanopartícules d'or per a la seua aplicació biomèdica, en concret en el camp del càncer de mama. En el primer capítol s'introdueix el marc general en el qual s'engloben els estudis realitzats. Es presenten els conceptes relacionats amb la nanotecnologia i nanomedicina, així com la interacció de les nanopartícules a nivell biològic amb l'organisme i les cèl·lules. Finalment, s'introdueixen conceptes bàsics del càncer de mama i l'aplicació de nanomaterials com a teràpia. A continuació, en el segon capítol, s'exposen els objectius de la present tesi doctoral que són abordats en els següents capítols experimentals. En el tercer capítol es descriu el primer nanomaterial utilitzat per a l'alliberament controlat de dos inhibidors (navitoclax i S63845) de les proteïnes anti-apoptòtiques de la família Bcl-2. Aquest sistema s'ha dissenyat amb l'objectiu de superar la resistència a navitoclax en un model cel·lular de càncer de mama triple negatiu. En concret, s'han preparat nanopartícules mesoporoses de sílice carregades amb navitoclax i S63845, i funcionalitzades amb un aptàmer dirigit a la proteïna de superfície MUC1, que actua com a porta molecular. En aquest treball hem demostrat que les nanopartícules dissenyades són internalitzades preferentment per cèl·lules tumorals de càncer de mama. També hem demostrat la capacitat de les nanopartícules de revertir la resistència a navitoclax en un model cel·lular de càncer de mama triple negatiu. A més, posem de manifest la disminució del principal efecte advers (trombocitopènia) associat a l'administració del navitoclax en la seua formulació lliure, gràcies a l'encapsulació en les nanopartícules. En el capítol quatre es presenta un sistema sensible a pH per a l'alliberament controlat d'una càrrega fluorescent i la maquinària d'edició gènica basada en el sistema CRISPR/Cas9, dirigit a l'edició gènica del gen codificant de la proteïna fluorescent verda (GFP, del anglés gren fluorescent protein). El nanodispositiu està constituït per nanopartícules mesoporoses de sílice carregades amb rodamina B, funcionalitzades amb polietilenimina i revestides amb el plàsmid codificant del sistema CRISPR/Cas9. En aquest treball s'ha demostrat la fuga lisosomal de les nanopartícules, mediat per l'efecte esponja de protons de la PEI. Així mateix, vam mostrar un nanodispositiu pioner en el seu camp, basat en nanopartícules mesoporoses de sílice, capaç de realitzar la doble funció de dur a terme l'edició del gen codificant de la GFP i l'alliberament exitós de la càrrega fluorescent. En el cinqué i últim capítol experimental es proposa una nova aproximació per a realitzar una teràpia enzimàtica prodroga emprant nanopartícules d'or com a transportadors enzimàtics. En aquest cas, s'aborda la funcionalització de nanopartícules d'or amb l'enzim peroxidasa de rave (HRP, del anglés horseradish peroxidase), capaç de transformar la prodroga innòcua àcid indol-3-acètic en espècies radicals que resulten tòxiques per a les cèl·lules tumorals. En aquest capítol s'ha demostrat l'efecte terapèutic del nanodispositiu en combinació amb la prodroga en models cel·lulars de càncer de mama dels subtipus luminal A i triple negatiu. A més, s'ha confirmat l'eficàcia terapèutica del sistema en esferoides tumorals formats per cèl·lules de càncer de mama triple negatiu. Finalment, en el capítol sis es presenten les conclusions extretes del desenvolupament d'aquesta tesi doctoral. Els resultats obtinguts en aquesta tesi contriburan al desenvolupament de nous nanomaterials intel·ligents amb aplicació en diverses àrees de la nanomedicina. / [EN] This Ph.D. thesis entitled "Mesoporous silica and gold-based nanodevices: new controlled delivery platforms for biomedical applications" is focused on the design, synthesis, characterisation, and evaluation of several hybrid organic-inorganic nanomaterials. We have developed mesoporous silica nanoparticles and gold nanoparticles for biomedical applications, specifically in the breast cancer area. The first chapter includes an overview of the concepts related to the research performed. Introductory notions about nanotechnology and biomedicine are presented, as well as the basis of the interactions of nanoparticles with biological systems. Finally, breast cancer disease and the application of nanomaterials as therapy are described. Next, in the second chapter, the objectives addressed in the following experimental chapters are displayed. In the third chapter, we present the first nanomaterial for the controlled delivery of two inhibitors (navitoclax and S63845) of the Bcl-2 anti-apoptotic proteins. This nanosystem has been designed to overcome navitoclax resistance in a triple-negative breast cancer cellular model. We have prepared mesoporous silica nanoparticles loaded with navitoclax and S63845 and functionalised with an aptamer targeting MUC1 surface protein as a molecular gate. In this work, the specific targeting of the nanodevice to breast cancer cells has been demonstrated. The ability to overcome navitoclax resistance has been shown in navitoclax-resistant triple-negative breast cancer cells. Furthermore, navitoclax encapsulation in the nanoparticles has proved to reduce the main adverse effect (thrombocytopenia) associated with free formulated drug administration. In the fourth chapter, we describe a pH-responsive nanosystem for the controlled co-delivery of a fluorescent cargo and the genome-editing machinery based on CRISPR/Cas9, which targets the green fluorescent protein (GFP) coding gene. The nanodevice consists of mesoporous silica nanoparticles loaded with rhodamine B, functionalised with polyethyleneimine, and capped with the CRISPR/Cas9 plasmid. In the present work, we have shown the lysosomal scape capacity of the nanodevice enhanced by the proton sponge effect of PEI. We have also demonstrated a pioneering mesoporous silica-based nanodevice efficient in the simultaneous genome editing of the GFP gene (as a model gene) and the successful release of a fluorescent cargo (as a model drug). In the fifth and last experimental chapter, we propose a new approximation to develop enzyme prodrug therapy using gold nanoparticles as enzyme carriers. In this case, we use gold nanoparticles functionalised with the enzyme horseradish peroxidase (HRP), which transforms the non-toxic prodrug indol-3-acetic acid into radical species toxic to tumour cells. In this chapter, the therapeutic effect of the nanodevice in combination with the prodrug has been demonstrated in two breast cancer cell subtypes (luminal A and triple-negative breast cancers). Also, the therapeutic effect of the material has been corroborated in multicellular tumour spheroid-like cultures formed by triple-negative breast cancer cells. Finally, in the sixth chapter, the conclusions derived from the presented studies and the general conclusions of this Ph.D. thesis are released. The obtained results will promote the development of new smart nanomaterials with diverse biomedical applications. / Gema Vivo-Llorca thanks the Generalitat Valenciana for her fellowship ACIF/2017/072. Vicente Candela-Noguera thanks the Spanish Government for his fellowship FPU15/02753. We would like to thank Servier for the workart used in the figures of this manuscript (Servier Medical Art https://smart.servier.com/). We thank the Spanish Government (project RTI2018-100910-B-C41 (MCUI/AEI/FEDER, UE); SAF2017-84689-R-B (MCUI/AEI/FEDER, UE)) and the Generalitat Valenciana (project PROMETEO/2018/024 and PROMETEO/2019/065) for support. / Vivo Llorca, G. (2021). Mesoporous silica and gold-based nanodevices: new controlled delivery platforms for biomedical applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172713 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral, titulada "papel del miR-99a-5p en cáncer de mama: transformando hallazgos moleculares en herramientas clínicas" está centrada en el estudio del microRNA miR-99a-5p en cáncer de mama y en la determinación de su potencial como diana terapéutica y biomarcador para el diagnóstico de dicha enfermedad. En el primer capítulo, se lleva a cabo una revisión general del cáncer de mama y los microRNAs. A continuación, en el segundo capítulo se presentan los objetivos. En el tercer capítulo se compararon los perfiles de expresión de microRNAs de una línea celular de cáncer de mama resistente a doxorrubicina frente a la línea celular parental, dando lugar a la identificación del microRNA miR-99a-5p como el más desregulado entre ambas. A continuación, se confirmó que el miR-99a-5p aumenta la sensibilidad a doxorrubicina mediante la inhibición directa de la expresión de COX-2, que conlleva la inhibición de la expresión de la proteína ABCG2, ampliamente descrita por su papel en resistencia a fármacos. En base a los resultados obtenidos, se diseñaron nanodispositivos basados en nanopartículas mesoporosas de sílice para la liberación de miR-99a-5p y doxorrubicina en los tumores. Se confirmó la eficacia de las nanopartículas para reducir el crecimiento tumoral así como los efectos adversos asociados a la doxorrubicina libre en un modelo ortotópico murino de cáncer de mama. En el cuarto capítulo, se evaluó el potencial del miR-99a-5p como biomarcador para el diagnóstico del cáncer de mama. Se determinó la expresión del microRNA en tumores primarios de cáncer de mama y en tejidos sanos. Los resultados mostraron que el miR-99a-5p se encuentra infraexpresado en los tejidos cancerosos. A continuación, con el objeto de determinar el potencial del miR-99a-5p como biomarcador mínimamente invasivo, se determinaron los niveles de expresión en plasma de pacientes de cáncer de mama y de donantes sanos. Se encontró que el miR-99a-5p se encuentra a mayor concentración en el plasma de pacientes con cáncer de mama. Estos resultados se validaron en una cohorte independiente. Mediante el análisis en base a curvas ROC se confirmó que el miR-99a-5p es útil como biomarcador no invasivo para el diagnóstico del cáncer de mama incluso en estadíos tempranos de la enfermedad. El quinto capítulo se centra el diseño y validación de un biosensor basado en soportes de alúmina mesoporosa para la detección del miR-99a-5p en plasma. Los poros de una placa de alúmina mesoporosa se cargaron con el fluoróforo rodamina B, y se utilizaron oligonucleótidos complementarios a la secuencia del miR-99a-5p como puertas moleculares capaces de retener los fluoróforos en el interior de los poros. En presencia del miR-99a-5p, se produce liberación de rodamina B, que es posteriormente detectada ópticamente. Se confirmó la especificidad del biosensor, así como su alta sensibilidad. Además, utilizando muestras de plasma de pacientes de cáncer de mama y controles sanos, se confirmó la eficiencia del dispositivo para detectar cáncer de mama incluso en estadíos tempranos. Por último, en los capítulos cinco y seis se presentan la discusión general y las conclusiones principales extraídas. En conclusión, esta tesis doctoral demuestra que el miR-99a-5p tiene potencial como diana terapéutica y biomarcador para el cáncer de mama, y podría ser útil para mejorar el pronóstico de los pacientes con dicha enfermedad. Se ha elucidado que uno de los mecanismos por los que el miR-99a-5p está involucrado en sensibilidad a doxorrubicina es mediante la regulación del eje COX-2/ABCG2. Además, las nanopartículas diseñadas para la administración combinada de miR-99a-5p y doxorrubicina se presentan como una herramienta con gran potencial para el tratamiento oncológico. Por último, aprovechando el potencial del miR-99a-5p como biomarcador diagnóstico, se ha desarrollado un sistema de detección que podría ser una herramienta útil para mejorar la detección temprana del cáncer de mama. / [CA] La present tesis doctoral, titulada "paper del miR-99a-5p en càncer de mama: transformant descobriments moleculars en eines clíniques" està centrada en l'estudi del microRNA miR-99a-5p en càncer de mama i en la determinació del seu potencial com a diana terapèutica i biomarcador per al diagnòstic d'aquesta malaltia. En el primer capítol, es du a terme una revisió general del càncer de mama i els microRNAs. A continuació, en el segon capítol es presenten els objectius. En el tercer capítol es van comparar els perfils d'expressió de microRNAs d'una línia cel·lular de càncer de mama resistent a doxorrubicina amb la seua línia parental, donant lloc a la identificació del microRNA miR-99a-5p com el més desregulat entre ambdues. A continuació, es va confirmar que el miR-99a-5p augmenta la sensibilitat al fàrmac mijançant la inhibició directa de l'expressió de COX-2 de forma directa, que comporta la inhibició de l'expressió de la proteïna ABCG2 que està àmpliament descrita pel seu paper en resistència a fàrmacs. Basant-se en els resultats obtinguts, es van dissenyar nanodispositius basats en nanopartícules mesoporoses de sílice per a l'alliberament d'una combinació de miR-99a-5p i doxorrubicina en els tumors. L'eficacia dels sistemes per a reduir el creixement tumoral així com els efectes adversos associats a la doxorrubicina lliure es va confirmar en un model ortotòpic murí de càncer de mama. En el quart capítol, es va avaluar el potencial del miR-99a-5p com a biomarcador per al diagnòstic del càncer de mama. Es va determinar l'expressió del microRNA en tumors primaris de càncer de mama i en teixits sans. Els resultats van mostrar que el miR-99a-5p es troba infraexpressat en els teixits cancerosos. A continuació, amb l'objectiu de determinar el potencial del miR-99a-5p com a biomarcador mínimament invasiu, es van determinar els nivells d'expressió en plasma de pacients de càncer de mama i de donants sans. Es va trobar que el miR-99a-5p es troba a major concentració en el plasma de pacients amb càncer de mama. Aquestos resultats es van validar en una cohort independent. Per mitjà de l'anàlisi basant-se en corbes ROC es va confirmar que el miR-99a-5p és útil com a biomarcador no invasiu per al diagnòstic del càncer de mama inclús en estadis primerencs de la malaltia. El quint capítol es centra en el disseny i validació d'un biosensor basat en suports d'alúmina nanoporosa per la detecció del miR-99a-5p en plasma. Els porus d'una placa d'alúmina es van carregar amb l'indicador fluorescent rodamina B, i es van utilitzar oligonucleòtids complementaris a la seqüència del miR-99a-5p com a portes moleculars amb la capacitat de retindre els fluoròfors a l'interior dels porus. En presència del miR-99a-5p, es produeix l'alliberament de rodamina B, que serà posteriorment detectada òpticament. Es va confirmar l'especificitat del biosensor, així com la seua alta sensibilitat. A més, utilitzant mostres de plasma de pacients de càncer de mama i controls sans, es va confirmar l'eficiència del dispositiu per a detectar càncer de mama inclús en estadis primerencs. Finalment, en els capítols sis i set es presenten la discussió general i les conclusions principals. En conclusió, aquesta tesi doctoral demostra que el miR-99a-5p té potencial com a diana terapèutica i biomarcador per al càncer de mama, i podria ser útil per a millorar el pronòstic dels pacients amb dita malaltia. S'ha elucidat que un dels mecanismes pels quals el miR-99a-5p està involucrat en sensibilitat a doxorrubicina és per mitjà de la regulació de l'eix COX-2/ABCG2. A més, les nanopartícules dissenyades per a l'administració combinada de miR-99a-5p i doxorrubicina es presenta com una ferramenta amb gran potencial per al tractament oncològic. Finalment, aprofitant el potencial del miR-99a-5p com a biomarcador diagnòstic, s'ha desenvolupat un sistema de detecció que podria ser una ferramenta útil per a millorar la detecció primerenca del càncer de mama. / [EN] This PhD thesis, entitled "Role of miR-99a-5p in breast cancer: translating molecular findings into clinical tools" is focused on the study of the microRNA miR-99a-5p in breast cancer and in determining its potential as a therapeutic target and biomarker for the diagnosis of this disease. In the first chapter, a general review of breast cancer is carried out and microRNAs are also introduced. Next, in the second chapter, the objectives are detailed. In the third chapter, the microRNA expression profile of a doxorubicin-resistant breast cancer cell line was compared with its parental cell line, leading to the identification of the microRNA miR-99a-5p as the most deregulated between the two of them. Subsequently, it was confirmed that miR-99a-5p increases drug sensitivity through directly targeting COX-2, which leads to the inhibition of the expression of the ABCG2 protein, widely described to be involved in drug resistance. Based on the obtained results, nanodevices based on mesoporous silica nanoparticles were designed for the combined release of miR-99a-5p and doxorubicin in tumors. The ability of the systems to specifically target the CD44 receptor, which is overexpressed in breast cancer tumors, as well as to release the cargo specifically after internalization, were tested in vitro. Furthermore, the efficacy of the nanoparticles to reduce tumor growth and the adverse effects associated with free doxorubicin was confirmed in a murine orthotopic model of breast cancer. In the fourth chapter, the potential of miR-99a-5p as a biomarker for the diagnosis of breast cancer was evaluated. First, microRNA expression was determined in primary breast cancer tumors and compared with healthy tissues. The results showed that miR-99a-5p is downregulated in breast cancer tissues. Next, to determine the potential of the microRNA as a minimally invasive biomarker, the expression levels of miR-99a-5p in plasma of breast cancer patients and healthy donors were determined. In this case, it was found that miR-99a-5p is at higher concentrations in the plasma of breast cancer patients. These results were validated in an independent cohort. Through the ROC curve analysis, it was confirmed that miR-99a-5p is useful as a non-invasive biomarker for the diagnosis of breast cancer even at early stages. The fifth chapter focus on the design and validation of a biosensor based on nanoporous alumina supports for the detection of miR-99a-5p in plasma. The pores of the alumina plate were loaded with the fluorescent indicator rhodamine B, and oligonucleotides with a sequence complementary to the miR-99a-5p were used as molecular gates able to maintain fluorophores inside the pores. In the presence of miR-99a-5p, the capping oligonucleotide is displaced, leading to the opening of the pores and the release of rhodamine B, which is subsequently optically detected. The specificity and high sensitivity of the biosensor were confirmed. Furthermore, the efficiency of the device to detect breast cancer even at early stages was confirmed using plasma samples from breast cancer patients and healthy controls. Finally, chapters five and six present the general discussion and conclusions. In conclusion, this PhD thesis demonstrates that miR-99a-5p is a molecule with potential as a therapeutic target and biomarker for breast cancer, and it could be useful to improve the prognosis of patients. It has been elucidated that one of the mechanisms by which miR-99a-5p is involved in doxorubicin sensitivity is through the regulation of the COX-2/ABCG2 axis. Furthermore, nanoparticles designed for the combined administration of miR-99a-5p and doxorubicin are presented as a tool with great potential for cancer treatment and could be useful for the administration of microRNAs as therapy. Finally, taking advantage of the potential of miR-99a-5p as a diagnostic biomarker, a detection system has been developed and could be a useful tool to improve early detection of breast cancer. / This work was supported by, CIBERONC (CB16/12/00481), CIBER-BBN (CB07/01/2012), Spanish Government PI18/01219 (ISCIII), project RTI2018- 100910-B-C41 (MCUI/AEI/FEDER, UE) and the Generalitat Valenciana (PROMETEO/2018/024) for support. IG-C was funded by Generalitat Valenciana (ACIF/2016/030). LP was funded by Ministerio de Economia, Industria y Competitividad (FPI grant). SS was funded by Instituto de Salud Carlos III and the European Social Fund for the financial support “Sara Borrell” (CD16/000237). JMC was funded by Sociedad Española de Oncología Médica (Río Hortega-SEOM. The authors would like to thank the INCLIVA Biobank (PT17/0015/0049; B.000768 ISCIII) and the Valencian Biobanking Network integrated into the Spanish National Biobanks Network for providing the human biological samples. We would also like to thank the plasma donors and the nursing staff that accepted to participate in this study. / Garrido Cano, I. (2021). Role of miR-99a-5p in breast cancer: Translating molecular findings into clinical tools [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180358 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Reconocimiento de neurotransmisores basado en nanopartículas de oro y de sílice mesoporosa para aplicaciones de detección y liberación controlada" es una tesis realizada por compendio de artículos la cual se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de distintos nanodispositivos para la detección colorimétrica de neurotransmisores y sistemas de liberación controlada que responden a neurotransmisores basados en nanopartículas de oro y nanopartículas de sílice mesoporosa, equipadas con ligandos orgánicos, efectores enzimáticos, puertas moleculares y especies cromofluorogénicas o medicamentos. En el primer capítulo se introduce una visión general de lo que son los neurotransmisores, sus principales características y el importante papel que éstos desempeñan en el funcionamiento de nuestro organismo. Además, se presenta una descripción general de las propiedades y potenciales aplicaciones de las nanopartículas de oro funcionalizadas con ligandos orgánicos como sistemas de detección y las nanopartículas mesoporosas de sílice funcionalizadas con puertas moleculares como sistemas de liberación controlada. A continuación, en el segundo capítulo se presentan los objetivos generales que son abordados en los siguientes capítulos experimentales. En el tercer capítulo, se presentan tres sistemas de detección colorimétrica de neurotransmisores basados en la agregación de nanopartículas de oro doblemente funcionalizadas con ligandos orgánicos. El primer sistema es un sensor capaz de detectar de forma selectiva el neurotransmisor serotonina, utilizando nanopartículas de oro funcionalizadas con ditio-bis(propionato de succinimidilo) y N-Acetil-L-Cisteína. El segundo sistema consiste en un sensor para la detección selectiva del neurotransmisor norepinefrina diseñado a partir de nanopartículas de oro funcionalizadas con 4-(liponiloxi)benzaldehído y ácido 4-mercato fenilborónico. El tercer sistema está compuesto por nanopartículas de oro funcionalizadas con 4-(liponiloxi)benzaldehído y N-Acetil-L-Cisteína, para la detección de normetanefrina, un importante biomarcador del tumor feocromocitoma. Todos estos sistemas se evalúan en medios competitivos como suero sanguíneo u orina. En el cuarto capítulo se muestran dos sistemas de liberación controlados enzimáticamente basados en la apertura de puertas moleculares. El primer sistema de liberación controlada responde a la presencia del neurotransmisor acetilcolina. En concreto, se utilizan nanopartículas de sílice mesoporosa funcionalizadas en su superficie con grupos de ácido fenilborónico y tapadas con la enzima acetilcolinesterasa mediante la formación de ésteres cíclicos de ácido fenilborónico entre las cadenas de oligosacáridos de la enzima y los grupos fenilborónicos de la superficie de las nanopartículas. En este caso la reacción enzimática produce ácido acético que da lugar a la hidrolisis de los ésteres borónicos, destapando los poros y liberando la carga contenida en el interior. Además, se evalúa la capacidad del dispositivo diseñado para liberar el citotóxico doxorubicina en células cancerosas en presencia de acetiltiocolina. El segundo sistema consiste en un nanodispositivo para la liberación controlada en respuesta al neurotransmisor L-glutamato. Para esto se utilizan nanopartículas tipo Janus de oro-sílice mesoporosa funcionalizadas con la enzima L-glutamato oxidasa en la parte del oro y con una puerta molecular autoinmolante de arilboronato en la superficie de la sílice. La liberación controlada se basa en el reconocimiento del L-glutamato por la enzima L-glutamato oxidasa y la posterior formación de peróxido de hidrogeno, que es la especie que induce la escisión de la puerta autoinmolante y la subsecuente apertura de los poros. Finalment es mostra que el sistema dissenyat és capaç d'alliberar un fàrmac citotòxic en cèl·lules de càncer de cervell després de detectar la presència de L-glutamat. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Reconeixement de neurotransmissors basat en nanopartícules d'or i de sílice mesoporosa per a aplicacions de detecció i alliberació controlada" és una tesi realitzada per compendi d'articles la qual se centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació de diferents nanodispositius per a la detecció colorimètrica de neurotransmissors i sistemes d'alliberació controlada que responen a neurotransmissors basats en nanopartícules d'or i nanopartícules de sílice mesoporosa equipades amb lligands orgànics, efectors enzimàtics, portes moleculars i espècies cromofluorogénicos o medicaments. En el primer capítol s'introdueix una visió general del que són els neurotransmissors, les seves principals característiques i l'important paper que aquests tenen en el funcionament del nostre organisme. A més es presenta una descripció general de les propietats i potencials aplicacions de les nanopartícules d'or funcionalitzades amb lligands orgànics com a sistemes de detecció, i de les nanopartícules mesoporoses de sílice funcionalitzades amb portes moleculars com a sistemes d'alliberament controlat. A continuació, en el segon capítol es presenten els objectius generals que són abordats en els següents capítols experimentals. En el tercer capítol, es presenten tres sistemes de detecció colorimètrica de neurotransmissors basats en l'agregació de nanopartícules d'or doblement funcionalitzades amb lligands orgànics. El primer sistema és un sensor capaç de detectar de forma selectiva el neurotransmissor serotonina, utilitzant nanopartícules d'or funcionalitzades amb ditiobis (propionat de succinimidilo) i N acetil-L-cisteïna. El segon sistema consisteix en un sensor per a la detecció selectiva de neurotransmissor norepinefrina dissenyat a partir de nanopartícules d'or funcionalitzades amb 4- (liponiloxi) benzaldehid i Àcid 4-mercatofenilborònic. El tercer sistema està compost per nanopartícules d'or funcionalitzades amb 4- (liponiloxi) benzaldehid i N acetil-L-cisteïna, per a la detecció de normatanefrina un important biomarcador del tumor feocromocitoma. Tots aquests sistemes s'avaluen en mitjans competitius com sèrum sanguini u orina. En el quart capítol es mostren dos sistemes d'alliberament controlats enzimàticament basats en l'obertura de portes moleculars. El primer sistema d'alliberament controlat respon a la presència del neurotransmissor acetilcolina. En concret, s'utilitzen nanopartícules de sílice mesoporosa funcionalitzades en la seva superfície amb grups d'àcid fenilborònic i tapades amb l'enzim acetilcolina esterasa mitjançant la formació d'èsters cíclics d'àcid fenilborònic entre les cadenes d'oligosacàrids de l'enzim i els grups fenilborónicos de la superfície de les nanopartícules. En aquest cas, la reacció enzimàtica produeix àcid acètic que dóna lloc a la hidròlisi dels èsters borònics, destapant els porus i alliberant la càrrega continguda a l'interior. A més, s'avalua la capacitat del dispositiu dissenyat per alliberar el citotòxic doxorubicina en cèl·lules canceroses en presència d'acetiltiocolina. El segon sistema consisteix en un nanodispositiu per alliberació controlada en resposta al neurotransmissor L-glutamat, per al que s'utilitzen nanopartícules tipus Janus d'or-sílice mesoporosa funcionalitzades amb l'enzim L-glutamat oxidasa en la part de l'or i amb una porta molecular autoimmolant d'arilboronat a la superfície de la sílice. La alliberació controlada es basa en el reconeixement de L-glutamat per l'enzim L-glutamat oxidasa i la posterior formació de peròxid d'hidrogen, que és l'espècie que indueix l'escissió de la porta autoimmolant i la subseqüent obertura dels porus. Finalment es mostra que el sistema dissenyat és capaç d'alliberar un fàrmac citotòxic en cèl·lules de càncer de cervell després de detectar la presència de L-glutamat. / [EN] This doctoral thesis entitled "Neurotransmitters recognition based on gold and mesoporous silica nanoparticles for sensing and controlled release applications" it is a thesis carried out by compendium of articles, which is focused on the design, preparation, characterization and evaluation of nanodevices for the colorimetric sensing of neurotransmitters and controlled delivery systems responsive to neurotransmitters, based on gold nanoparticles and mesoporous silica nanoparticles equipped with organic ligands, enzymatic effectors, molecular gates and chromo-fluorogenic species or drugs. The first chapter introduces an overview about what neurotransmitters are, their main characteristics and the important role they play in the functioning of our body. In addition, a general description of the properties and potential applications of gold nanoparticles functionalized with organic ligands as detection systems and mesoporous silica nanoparticles functionalized with molecular gates as controlled delivery systems is presented. In the second chapter, the general objectives that are addressed in the following experimental chapters are presented. In the third chapter, three colorimetric detection systems of neurotransmitters based on the aggregation of gold nanoparticles doubly functionalized with organic ligands are presented. The first system is a sensor capable of selectively detecting the neurotransmitter serotonin, using gold nanoparticles functionalized with dithio-bis(succinimidyl propionate) and N acetyl-L-cysteine. The second system consists of a sensor for the selective detection of the neurotransmitter norepinephrine designed from gold nanoparticles functionalized with 4- (liponyloxy)benzaldehyde and 4-mercaptophenylboronic acid. The third system is composed of gold nanoparticles functionalized with 4-(liponyloxy)benzaldehyde and N-Acetyl-L-Cysteine, for the detection of normetanephrine, an important biomarker of the pheochromocytoma tumor. All these systems are evaluated in competitive media such as blood serum or urine. In the fourth chapter, two enzymatic controlled delivery systems based on the opening of molecular gates are developed. The first controlled delivery system responds to the presence of the neurotransmitter acetylcholine. Specifically, it consists of mesoporous silica nanoparticles functionalized on their surface with phenylboronic acid groups and capped with the enzyme acetylcholinesterase, via the formation of cyclic phenylboronic acid esters between the oligosaccharide chains of the enzyme and the phenylboronic groups on the nanoparticles surface. In this case, the enzymatic reaction produces acetic acid that induces the hydrolysis of the boronic esters, uncapping the pores and releasing the entrapped payload. In addition, the ability of the nanodevice to release the cytotoxic doxorubicin in cancer cells in the presence of acetylthiocholine is evaluated. The second delivery system consists of a nanodevice responsive to the neurotransmitter L-glutamate. It is based on Janus gold-silica mesoporous nanoparticles functionalized with the enzyme L-glutamate oxidase in the gold part and with a self-immolative arylboronate molecular gate on the surface of the silica. Controlled delivery is based on the recognition of L-glutamate by the enzyme L-glutamate oxidase and the subsequent formation of hydrogen peroxide, which results in the cleavage of the self-immolative gate and the uncapping of the pores. Finally, it is shown that the designed system is capable of releasing a cytotoxic drug in brain cancer cells after detecting the presence of L-glutamate. / The authors acknowledge financial support from the Spanish Government (Projects MAT2015-64139-C4-1-R, MAT2015-64139-C4-4-R (MINECO/FEDER) and Project AGL2015-70235-C2-2-R) and the Generalitat Valenciana (Projects PROMETEOII/2014/047 and PROMETEO/2018/024). T. Godoy-Reyes is grateful to Generalitat Valenciana for her Santiago Grisolía fellowship. A. García-Fernández is grateful to the Spanish Government for her FPU fellowship. A. Llopis-Lorente thanks “La Caixa” Foundation for his PhD grant. SCSIE (Universitat de València) is gratefully acknowledged for all the equipment employed. / Godoy Reyes, TM. (2020). Neurotransmitters recognition based on gold nanoparticles and mesoporous silica nanoparticles for sensing and controlled release applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158420 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La presente tesis doctoral titulada "Sistemas de liberacio'n controlada de fa'rmacos diseñados para mejorar el tratamiento de Enfermedad Inflamatoria Intestinal" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación in vivo de distintos sistemas de liberación controlada de fármacos en colon (CDDS, por sus siglas en inglés) utilizando como soporte micropartículas de silice mesoporosa, funcionalizadas con puertas moleculares. En conclusión, los estudios realizados demuestran que los materiales de silice mesoporosa, en combinación con puertas moleculares sensibles a estímulos específicos, tienen un gran potencial para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos en el colon, dirigidos a mejorar el arsenal terapéutico disponible para el tratamiento de EII. La posibilidad de adaptar o personalizar la carga y las puertas moleculares hace que estos soportes de sílice mesoporosa sean una opción interesante para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos en diferentes aplicaciones biomédicas. Finalmente, esperamos que los resultados obtenidos en esta tesis doctoral sirvan de inspiración para el desarrollo de sistemas de liberación controlada de fármacos innovadores y cada vez más inteligentes, para su aplicación tanto en medicina como en otras áreas. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Sistemes d'alliberament controlat de farmacs dissenyats per a millorar el tractament de Malaltia Inflamatoria Intestinal" se centra en el disseny, preparacio, caracteritzacio i avaluacio in vivo de diferents sistemes d'alliberament controlat de farmacs en colon (*CDDS, per les seues sigles en angles) utilitzant com a suport microparticules de si'lice mesoporosa, funcionalitzades amb portes moleculars. En conclusio, els estudis realitzats demostren que els materials de si'lice mesoporosa, en combinacio amb portes moleculars sensibles a estimuls especifics, tenen un gran potencial per al desenvolupament de nous sistemes d'alliberament controlat de farmacs en el colon, dirigits a millorar l'arsenal terapeutic disponible per al tractament de MII. La possibilitat d'adaptar o personalitzar la carrega i les portes moleculars, fa que aquests suports de silice mesoporosa siguen una opcio interessant per al desenvolupament de nous sistemes d'alliberacio controlada de farmacs en diferents aplicacions biomediques. Finalment, esperem que els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral servisquen d'inspiracio per al desenvolupament de sistemes d'alliberament controlat de farmacs innovadors i cada vegada mes intel·ligents, per a la seua aplicacio tant en medicina com en altres arees. / [EN] This PhD thesis entitled "Smart drug delivery systems designed to improve Inflammatory Bowel Disease therapy" is focused on the design, synthesis, characterization and in vivo evaluation of several Colon Drug Delivery Systems (CDDS) using hybrid mesoporous silica microparticles as scaffolds containing molecular gates. In conclusion, the studies shown in this Thesis demonstrate that mesoporous silica materials in combination with responsive molecular gates have great potential in the design and preparation of new CDDS to improve the therapeutic options available for IBD. The possibility to adapt the cargo and the molecular gate makes mesoporous silica support especially appealing for similar controlled drug delivery applications in the biomedical field. We hope that the obtained results could inspire the development of new innovative smart drug delivery systems in this or other fields. / We thank the Spanish Government (projects MAT2015-64139-C4-1-R and AGL2015-70235-C2-2-R (MINECO/FEDER)) and the Generalitat Valenciana (project PROMETEOII/2014/047) for support. AHT thanks to the Spanish MEC for his FPU grant. We thank the Generalitat Valenciana (Project PROMETEO2018/024) / Hernández Teruel, A. (2019). Smart drug delivery systems designed to improve Inflammatory Bowel Disease therapy [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129863 / TESIS / Compendio

[ES] En la presente tesis doctoral se exponen los resultados obtenidos en el desarrollo inicial de un sistema multisensor, tipo lengua electrónica voltamétrica, para el control de la durabilidad de las estructuras de hormigón armado (EHA). Aunque los sistemas multisensores son ampliamente utilizados en diferentes ámbitos, como el del medio ambiente o de la industria alimentaria, su uso en las EHA es novedoso. Igualmente, resulta novedosa la utilización de sensores voltamétricos que, como se demuestra en esta tesis, son de gran eficacia en el análisis de parámetros relacionados con el deterioro del hormigón armado, mejorándose los modelos de durabilidad obtenidos a través de sensores potenciométricos. Todo ello, sin ser aumentada de manera inabordable la complejidad electrónica y computacional del sistema. El prototipo de lengua electrónica diseñado es un sistema de sensores híbridos que consta de cuatro electrodos de trabajo (Au, Ag, Ni e INOX). Se dice que es híbrido porque se usan técnicas tanto voltamétricas (voltametría cíclica) como impedimétricas (espectroscopia de impedancia). Se han utilizado metales nobles (Au y Ag), metales no nobles (Ni) y aleaciones de alta durabilidad (acero inoxidable) con el fin de obtener un comportamiento electroquímico más variado. En la fase previa al desarrollo del sistema se seleccionaron los metales a utilizar en los sensores que formarían parte del sistema multisensor. Para ello se realizó un número ingente de ensayos con distintos metales (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni y INOX), tanto en disolución (simulando las condiciones de disolución de poro del hormigón), como en hormigón, con el fin de ser seleccionados aquellos metales de cuya respuesta se pudiera extraer una mayor información. Una vez finalizada la fase previa se estudió la respuesta aislada de cada uno de los metales seleccionados (Au, Ag, Ni e INOX), dividiéndose el estudio en 3 fases: ¿ Fase 1. Estudio en disolución: se analizaron los procesos que tienen lugar sobre la superficie del electrodo en disoluciones que simulaban distintas circunstancias que se pueden dar en el hormigón (variación de la disponibilidad de O2, variación del pH y presencia del anión cloro). Los resultados obtenidos se compararon con los encontrados en literatura. ¿ Fase 2. Estudios hechos con el sensor embebido en hormigones convencionales sin adiciones. Se embebieron sensores voltamétricos en hormigones convencionales de distinta relación agua/cemento. Seguidamente, se analizaron las probetas bajo distintas circunstancias que tuvieran influencia en el desencadenamiento y cinética de los procesos de corrosión como son: o Variaciones en la disponibilidad de O2 y H2O. o Carbonatación del hormigón. o Presencia de Cl-. ¿ Fase 3. Se desarrollaron modelos que permitieran identificar variaciones en parámetros relacionados con el deterioro del hormigón armado o estimar y predecir el parámetro de interés. Terminado el estudio de la respuesta aislada de los cuatro sensores, se procedió a evaluar la respuesta cruzada de los sensores siguiendo los protocolos propios de las lenguas electrónicas. Tras analizar y comparar las respuestas aisladas y cruzadas de los sensores, se propuso una rutina de trabajo que en un futuro ayude a optimizar los recursos, tanto operacionales como de fabricación, utilizados en el sistema. Para finalizar, se hizo un estudio inicial para tratar de mejorar la autonomía del sistema, evaluando el efecto producido al simplificar la configuración de celda, reduciendo el número de electrodos de tres a dos. / [CA] En la present tesi doctoral s'exposen els resultats obtinguts en el desenvolupament inicial d'un sistema multisensor, tipus llengua electrònica voltamètrica, pel control de la durabilitat de les estructures de formigó armat (EFA). Encara que l'ús d'aquest tipus de sistema està molt expandit en l'àmbit del medi ambient i de la indústria alimentària, el seu ús en les EFAs és molt nou. Igualment, resulta nova la utilització de sensors voltamètrics, que com és demostra en aquesta tesi, són de gran eficàcia en la determinació de les condicions del formigó armat, millorant-se considerablement els models de durabilitat obtinguts mitjançant sensors potenciomètrics. Tot això, sense augmentar la complexitat electrònica i computacional del sistema d'una forma inabordable. El prototip dissenyat de llengua electrònica és un sistema de sensors híbrids compost per quatre elèctrodes de treball (Au, Ag, Ni i acer inoxidable). Es diu que és híbrid perquè en el sistema de sensors s'utilitzen tècniques voltamètriques i impedimètriques. S'han utilitzat metalls nobles (Au i Ag), metalls no nobles (Ni) i aliatges d'alta durabilitat (acer inoxidable). Amb la finalitat d'obtindre un comportament electroquímic més variat. En la fase prèvia al desenvolupament del sistema, es van seleccionar els metalls a utilitzar en els sensors que formarien part del sistema multisensor. Per a això es va realitzar una quantitat ingent d'assajos amb diferents metalls (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni i acer inoxidable), tant en dissolució com en formigó, amb l'objectiu de seleccionar aquells metalls dels quals es poguera aconseguir més informació amb la seua resposta. Una vegada finalitzada aquesta fase prèvia, es va estudiar la resposta aïllada de cadascun dels metalls seleccionats (Au, Ag, Ni i acer inoxidable). L'estudi es va dividir en tres fases: ¿ Fase 1. Estudis en dissolució: es van analitzar els processos duts a terme sobre la superfície de l'elèctrode en dissolucions que simulaven diferents circumstàncies que es poden donar en el formigó (variació de la disponibilitat d' O2, variació de pH i presència de l'anió clor). Els resultats obtinguts es van comparar amb els trobats en la literatura. ¿ Fase 2. Estudis fets amb els sensors embeguts en formigó: es van embeure els sensors voltamètrics en formigons convencionals de diferent relació aigua/ciment i sense adicions. A continuació, es van analitzar les provetes sota diferents circumstàncies que tingueren influència en el desencadenament i cinètica dels processos com són: o Variacions en la disponibilitat d' O2 i H2O. o Carbonatació del formigó. o Presencia de Cl-. ¿ Fase 3. Desenvolupament de models que possibiliten identificar variacions en paràmetres relacionats amb el deteriorament del formigó armat o estimar i predir el paràmetre d'interès. Finalitzat l'estudi de la resposta aïllada dels quatre sensors, es va avaluar la resposta creuada mitjançant protocols propis de les llengües electròniques (PCA i PLS). Després d'analitzar i comparar les respostes aïllades i creuades dels sensors, es va proposar una rutina de treball que un futur ajude a optimitzar els recursos, tant operacionals com de fabricació, utilitzats al sistema. Per acabar, es va fer un estudi inicial per a tractar de millorar l'autonomia del sistema, avaluant l'efecte produït al simplificar la configuració de cel·la, reduint el nombre d'elèctrodes de tres a dos. / [EN] In this thesis the results obtained in the development of a multisensor system, known as electronic voltametric tongue, for the reinforcement concrete structures' (RCS) durability control are exposed. Although the use of this multisensor system is widespread in different fields such as: the food industry and environmental control, its use in RCS monitoring is very novel. It is equally novel the use of voltametric sensors, this kind of sensors are very efficient in determining concrete conditions, improving the durability models obtained through potentiometric sensors, all without overly increasing the system's electronic and computational complexity The electronic tongue prototype designed is a hybrid sensor system made up of four working electrodes (Au, Ag, Ni and stainless steel). It has been referred to as hybrid because in the system voltametric and impedimetric electrochemical techniques are used. Noble metals (Au and Ag), non-noble metals (Ni) and high-durability alloys (stainless steel) have also been used with the purpose of achieving a more varied electrochemical behaviour. In the previous development phase of the system, the metals involved in the development of the electronic tongue were selected. In order to do this, a variety of tests with different metals were performed (Ir, Rh, Pt, Au, Ag, W, Ni and SS), in both dissolution (different concrete pore solution conditions were simulated) and hardened concrete. This allowed us to choose the metals which responses contained the most information. The next steps focused on the study of the selected sensors isolated response: ¿ Phase 1: simulation of concrete pore solution in dissolution systems. The results were compared with those already existing in the bibliography. ¿ Phase 2: studies with the sensors embedded in different standard concretes without additions. The samples were tested in different conditions involved in the rebars corrosion kinetics (variations in O2 and humidity availability, concrete carbonation and chlorides presence). ¿ Phase 3: Development of estimation models for the parameters of interest. After finishing the study of the isolated sensors' response, a cross-evaluation of their response was performed using typical protocols used in the electronic tongues (i.e. PCA and PLS). After analysing and comparing the isolated and crossed sensor's response, an optimized multisensory routine work was proposed which could, in the future, help optimize the resources used in the system. Finally, a study was carried out to improve the system's autonomy, in which the repercussion of the cell configuration simplification by means of the removal of the reference electrode was evaluated. / La autora quiere expresar su agradecimiento al Ministerio de Educación, Cultura y Deporte por la beca predoctoral FPU 16/00723 / Martínez Ibernón, A. (2023). Lenguas electrónicas para la evaluación de la durabilidad de estructuras de hormigón armado y el seguimiento de la corrosión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192263

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis doctoral titulada "Nanopartículas de sílice mesoporosas funcionalizadas con puertas moleculares para aplicaciones biomédicas" está centrada en el diseño y la síntesis de nuevos nanosistemas sensores y terapéuticos con aplicaciones en el campo clínico y medioambiental. En la introducción de esta tesis (capítulo uno) se presenta una visión general de conceptos básicos de nanotecnología, química supramolecular, nanopartículas de sílice mesoporosa y de puertas moleculares. A continuación, se presentan los objetivos generales y específicos que se van a desarrollar en los capítulos experimentales siguientes. En el tercer capítulo se presenta el diseño, síntesis y caracterización de un nanodispositivo para la detección de endotoxina en medios acuosos. El nanodispositivo está basado en nanopartículas de sílice mesoporosa con los poros cargados con rodamina B y su superficie externa funcionalizada con grupos carboxilato. Los poros se bloquean, para evitar la liberación de la rodamina B, con polimixina B, un péptido con carga positiva. En presencia de la endotoxina, la polimixina B es desplazada de la superficie de las nanopartículas y se activa la liberación de la rodamina B del interior de los poros a la disolución. Esta liberación genera un aumento significativo de la fluorescencia en la disolución permitiendo la detección de la endotoxina. La respuesta obtenida con el nanodispositivo es muy selectiva ya que otras especies como el arabinogalactan, el ß-(1,3)-D-glucano, la pectina, el EDTA, la glucosa, el GTP y el polvo no son capaces de inducir la apertura de los poros y la liberación de la rodamina B. Además, el nanodispositivo presenta un límite de detección para la endotoxina en el rango picomolar. En el cuarto capítulo se describe un nanodispositivo, basado en nanopartículas de sílice mesoporosa cargadas con rodamina B y tapadas con curcumina, que se emplea para la detección selectiva de seroalbúmina humana (HSA) mediante medidas de fluorescencia. En este nanodispositivo, de nuevo, la presencia de HSA es capaz de desplazar la curcumina de la superficie de las nanopartículas permitiendo la liberación controlada de la rodamina B. El nanodispositivo preparado presentó una respuesta muy selectiva hacia la HSA con un límite de detección tan bajo como 0.1 mg/mL en PBS (pH 7.4)-acetonitrilo 95:5 v/v. El capítulo cinco está centrado en la preparación de un nanodispositivo para la liberación sinérgica del antibiótico linezolida en presencia de bacterias Gram negativas. Este nanomaterial está basado en el empleo de nanopartículas de sílice mesoporosa (como soporte inorgánico) con los poros cargados con linezolida y con la superficie externa funcionalizada con el antibiótico disruptor de membrana polimixina B (mediante interacciones electrostáticas). Cuando estas nanopartículas entran en contacto con bacterias Gram negativas el lipopolisacárido (LPS) de sus membrabas induce el desplazamiento de la polimixina B que actúa eficientemente como permeador y permite la liberación de la linezolida. La liberación simultánea de linezolida y la polimixina B en forma de nanoformulación inducen una reducción significativa de los valores del IC50 para bacterias cuando se compara con los valores obtenidos empleando de forma individual ambas especies. El capítulo sexto está dedicado a la discusión de los resultados experimentales descritos en los capítulos tres, cuatro y cinco. Finalmente, el capítulo siete de esta tesis doctoral, presenta las conclusiones generales que se derivan del trabajo experimental realizado. También se presentan las perspectivas futuras en el campo de las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas de sílice mesoporosa con puertas moleculares. Esperamos que los resultados que se presentan en esta tesis doctoral puedan abrir nuevas oportunidades de investigación en el desarrollo de nuevos nanodispositivos inteligentes que puedan actuar como agentes antimicrobianos. / [CAT] Aquesta tesi doctoral titulada "Nanopartícules de sílice mesoporoses funcionalitzades amb portes moleculars per a aplicacions biomèdiques" està centrada en el disseny i la síntesi de nous nanosistemes sensors i terapèutics amb aplicacions en el camp clínic i mediambientals. En la introducció d'aquesta tesi (capítol un) es presenta una visió general de conceptes bàsics de nanotecnologia, química supramolecular, nanopartícules de sílice mesoporosa i de portes moleculars. A continuació, es presenten els objectius generals i específics que es desenvoluparan en els capítols experimentals següents. En el tercer capítol es presenta el disseny, síntesi i caracterització d'un nanodispositiu per a la detecció d'endotoxina en mitjans aquosos. El nanodispositiu està basat en nanopartícules de sílice mesoporosa amb els porus carregats amb rodamina B i la seua superfície externa funcionalitzada amb grups carboxilat. Els porus es bloquegen, per a evitar l'alliberament de la rodamina B, amb polimixina B, un pèptid amb càrrega positiva. En presència de l'endotoxina, la polimixina B és desplaçada de la superfície de les nanopartícules i s'activa l'alliberament de la rodamina B de l'interior dels porus a la dissolució. Aquest alliberament genera un augment significatiu de la fluorescència en la dissolució permetent la detecció de l'endotoxina. La resposta obtinguda amb el nanodispositiu és molt selectiva ja que altres espècies com l'arabinogalactan, el ß-(1,3)-D-glucà, la pectina, l'EDTA, la glucosa, el GTP i la pols no són capaços d'induir l'obertura dels porus i l'alliberament de la rodamina B. A més, el nanodispositiu presenta un límit de detecció per a l'endotoxina en el rang picomolar. En el quart capítol es descriu un nanodispositiu, basat en nanopartícules de sílice mesoporosa carregades amb rodamina B i tapades amb curcumina, que s'empra per a la detecció selectiva de seroalbúmina humana (HSA) mitjançant mesures de fluorescència. En aquest nanodispositiu, de nou, la presència de HSA és capaç de desplaçar la curcumina de la superfície de les nanopartícules permetent l'alliberament controlat de la rodamina B. El nanodispositiu preparat va presentar una resposta molt selectiva cap a la HSA amb un límit de detecció tan baix com 0.1 mg/ml en PBS (pH 7.4)-acetonitril 95:5 v/v. El capítol cinc està centrat en la preparació d'un nanodispositiu per a l'alliberament sinèrgic de l'antibiòtic linezolida en presència de bacteris Gram negatives. Aquest nanomaterial està basat en l'ús de nanopartícules de sílice mesoporosa (com a suport inorgànic) amb els porus carregats amb linezolida i amb la superfície externa funcionalitzada amb l'antibiòtic disruptor de membrana polimixina B (mitjançant interaccions electroestàtiques). Quan aquestes nanopartícules entren en contacte amb bacteris Gram negatives el lipopolisacàrid (*LPS) de les seues membranes indueix el desplaçament de la polimixina B que actua eficientment com permeador i permet l'alliberament de la linezolida. L'alliberament simultani de linezolida i la polimixina B en forma de nanoformulació indueixen una reducció significativa dels valors de l'IC50 per a bacteris quan es compara amb els valors obtinguts emprant de manera individual totes dues espècies. El capítol sisé està dedicat a la discussió dels resultats experimentals descrits en els capítols tres, quatre i cinc. Finalment, el capítol set d'aquesta tesi doctoral, presenta les conclusions generals que es deriven del treball experimental realitzat. També es presenten les perspectives futures en el camp de les aplicacions biomèdiques de les nanopartícules de sílice mesoporosa amb portes moleculars. Esperem que els resultats que es presenten en aquesta tesi doctoral puguen obrir noves oportunitats d'investigació en el desenvolupament de nous nanodispositius intel·ligents que puguen actuar com a agents antimicrobians / [EN] This PhD thesis entitled "Gated mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications" is focused on the design and synthesis of novel nanodevices for sensing and therapeutic applications in clinical and environmental fields. The first introductory chapter presented an overview of the different concepts related to nanotechnology, supramolecular chemistry, mesoporous silica nanoparticles (MSNs), and molecular gates. Next, the general and specific objectives of this PhD thesis, that are addressed in the different experimental chapters, are presented. The third chapter presented the design, synthesis, and characterization of a nanodevice for endotoxin detection in aqueous environments. The prepared nanodevice is based on mesoporous silica nanoparticles loaded rhodamine B and with its external surface functionalized with carboxylates. Pores are finally capped upon addition of cationic polymyxin B peptide. In the presence of endotoxin, polymyxin B is detached from the surface of the nanoparticles with subsequent rhodamine B release from the inner of the pores to the solution. This release generated a marked emission enhancement in solution which allow endotoxin detection. The obtained response was highly selective to endotoxin because other interfering agents such as arabinogalactan, ß-(1,3)-D-glucan, pectin, EDTA, glucose, GTP and dust were unable to induce pore opening and rhodamine B release. Besides, the system detects endotoxin with a limit of detection in the picomolar range. The fourth chapter presented a nanodevice, based on mesoporous silica nanoparticles loaded with rhodamine B and capped with anionic curcumin, which is used for the selective and sensitive fluorogenic detection of human serum albumin (HSA). Again, in the presence of HSA, curcumin was detached from nanoparticles surface allowing rhodamine B release. Prepared nanodevice showed a highly selective response toward HSA with a limit of detection for HSA as low as 0.1 mg/mL in PBS (pH 7.4)-acetonitrile 95:5 v/v. Chapter five focus on the design and synthesis of a nanodevice for the synergic release of linezolid antibiotic in the presence of Gram-negative bacteria. This nanodevice is based on the use of mesoporous silica nanoparticles (as inorganic support) with the pores loaded with linezolid and capped with the membrane disruptor polymyxin B through electrostatic interactions. When these particles enter in contact with Gram-negative bacterium, lipopolysaccharide (LPS) present in the cell membrane induces the detachment of polymyxin B, which acts as membrane permeator, from the nanodevice allowing linezolid release. Simultaneous release of linezolid and polymyxin B as a nanoformulation induced a marked reduction in the IC50 values for bacteria when compared to the values obtained using free linezolid and polymyxin B alone. The sixth chapter is devoted to the discussion of the experimental results described in the previous chapters. Finally, the seventh chapter of this PhD thesis, presented the main conclusions, derived from the experimental work, and future perspectives in the field of gated mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications. We hope that the results achieved in this PhD thesis will open new research opportunities to develop advanced smart nanodevices as antimicrobial drugs / Otri, I. (2023). Gated Mesoporous Silica Nanoparticles for Biomedical Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194710 / Compendio