La nanotecnología ha permitido avanzar sobre cuestiones que parecían impen- sadas, abriendo un nuevo campo de investigación básica y tecnológica. Su aplicación en la medicina no ha sido una excepción y la fabricación de sistemas nanoestructurados para transporte y liberación controlada de fármacos ha surgido como una alternativa promisoria para el tratamiento de enfermedades tales como el cáncer o el Alzheimer. Sin embargo, la diversidad de las patologías de paciente a paciente provocan que se deba tener un control preciso de la ingeniería de estos nanotransportadores de forma de dar versatilidad y eficiencia a los tratamientos. Dentro de la variedad de estos sistemas emergen los complejos basados en polímeros ya que debido a su biocompatibilidad, so- lubilidad y potencial responsividad a estímulos se convierten en excelentes candidatos para su aplicación en nanomedicina. Por ello, este trabajo de tesis se aboca al estudio de mezclas en solución acuosa de polielectrolitos y moléculas pequeñas de diversa índole, tales como tensoactivos, sales o agentes terapéuticos; junto con los complejos nanoestructurados que surgen de la misma. Por un lado se pretende abordar una caracterización fisicoquímica del proceso de ensamblado y las propiedades de los complejos resultantes; y por otro evaluar su utilización potencial como nanotransportadores de fármacos. Para tal fin, se han utilizado una gran diversidad de técnicas experimentales, tanto para caracterización volumétrica como interfacial. Entre ellas se destaca la implementación de la técnica de Efecto Kerr Electroóptico desarrollada en el curso de esta tesis. En primer lugar se utilizará un sistema compuesto de polielectrolitos aniónicos y la droga anticancerosa hidrocloruro de doxorrubicina para determinar las propiedades dieléctricas locales en sistemas de multicapas de polielectrolitos. También se presenta- rán dos sistemas responsivos a pH. El primero, mezcla de ácido poliacrílico (PAA) y el tensoactivo catiónico no comercial Gemini 12-2-12, se caracterízará en superficie y en volumen demostrándose que las interacciones polímero-surfactante dominan y determi- nan la estructura de agregados. Los mismos pueden ser modulados con el pH de forma de obtener un sistema responsivo a estímulos. El segundo sistema responsivo surge de la mezcla de hidrocloruro de polialilamina (PAH) y sales de polifosfato. A través de caracterizaciones morfológicas y termodinámicas se explicará y concluirá que la canti- dad de grupos fosfato es determinante en la responsividad; obteniéndose nanopartículas con distintos rangos de estabilidad frente al pH. Finalmente, como sistema modelo de terapias génicas, se mostrarán resultados de un sistema mezcla de ácido desoxirribonu- cléico (ADN) con un tensoactivo catiónico como el bromuro de dodeciltrimetilamonio (DTAB). El proceso de ensamblado y las interacciones que las producen en conjunto con las variaciones morfológicas se seguirán con Efecto Kerr Electroóptico. / Nanotechnology has made possible to advance on issues that years ago seemed unthinkable, opening up a new field for scientific and technological research. Its appli- cation in medicine has not been the exception and the manufacture of nanostructured systems for transport and controlled release of drugs has emerged as a promising alter- native to treatment of diseases such as cancer or Alzheimer. However, pathologies varies from patient to patient and consequently, the engineering of these nanocarriers must be precisely controlled in order to give versatility and efficiency to the treatments. Within the variety of carriers, polymer-based complexes emerge; due to their biocompatibility, solubility and potential responsiveness to stimuli they become plausible candidates for their application in nanomedicine. Therefore, this thesis work focuses on the study of mixtures in aqueous solution of polyelectrolytes and small molecules of various kinds, such as surfactants, salts or therapeutic agents, together with the nanostructured complexes that arise from them. On the one hand, it is intended to get a physicochemical characterization of the assembly process and the properties of the resulting complexes; and on the other hand, to evaluate their potential as drug nanocarriers. To achive this aim, a wide range of experimental techniques have been used, both for volumetric and interfacial characterization. Among them, the implementation of the Electrooptical Kerr Effect technique developed during the course of this thesis stands out. Firstly, a system composed of anionic polyelectrolytes and an anticancer drug, Doxorubicin hydrochloride, will be used to determine local dielectric properties in poly- electrolyte multilayer systems. Then, two pH-responsive systems will be presented. The first one, a mixture of polyacrylic acid (PAA) and a non-commercial cationic surfactant Gemini 12-2-12, will be characterized in surface and volume, showing that polymer- surfactant interactions dominate and determine the aggregate structure. They can be modulated by pH in order to obtain a stimuli-responsive system. The second one, com- posed of polyallylamine hydrocholoride (PAH) and several polyphosphate salts; through morphological and thermodynamic characterizations it will be shown and explained that the amount of phosphate groups is determinant in the responsivity; obtaining nanopar- ticles with different ranges of stability against pH. Finally, As a model system for gene therapies, results of a mixed system of deoxyribonucleic acid (DNA) with a cationic surfactant such as dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) will be shown. The assembly process and the interactions involved, together with morphological variations will be followed by electro-optical Kerr effect.

El trabajo se enmarca dentro del estudio de ciertas propiedades ópticas con vistas a su inclusión en el diseño de dispositivos de conmutación de señales ópticas. En particular se ha prestado atención a los medios que exhiben no linealidad de segundo orden, denominada comúnmente tipo Kerr. Este tipo de medios pueden ser explotados en la actualidad por dos motivos principales: primero, debido a los avances tecnológicos en crecimiento de capas delgadas y en la fabricación de guías de onda dieléctricas por diferentes técnicas, en función del tipo de material utilizado y de su particular estructura cristalina. Y en segundo lugar, por la posibilidad de contar con fuentes intensas de luz miniaturizadas, como son los diodos láser de media (o alta) potencia. La conmutación de señales de información óptica mediante señales de control también ópticas (all-optical switching) significaría un avance de grandes consecuencias tanto en el propio campo de las comunicaciones ópticas como en el más nuevo de la computación óptica. El dispositivo al que se le ha prestado particular atención en la Tesis ha sido el acoplador direccional no lineal (NLDC, non-linear directional coupler), debido a su sencillez y a su potencial versatilidad. Se ha desarrollado un modelo de modos acoplados con un término perturbativo no lineal, para obtener una visión general de los modos de funcionamiento del acoplador. Se elaboró una herramienta de simulación para corroborar los resultados y, finalmente, se propuso un modo particular de funcionamiento como puerta lógica AND, haciendo un esbozo de la relación existente entre los parámetros físicos del sistema y los parámetros externos de la puerta. / This work may be framed within the design of optical switching devices, by means of the use of certain special properties of some optical materials. Particular interest has arisen with respect to the non-linear media exhibiting the Kerr effect. This effect is known from many years ago, but solely now it could be exploited, due to two main reasons. First, the actual advances in fabrication of optical waveguides by means of a wide fan of different techniques, depending of the specific type of materials used. And second, due to the current easy availability of miniaturized intense light sources, namely, the medium or high-power laser diodes. Switching information optical signals by means of other optical control signals, the so called all-optical switching, would mean a technological advance with enormous consequences in the field of optical communications and in the new area of optical computing. Along this work special attention has been drawn to the non linear directional coupler (NLDC), which is probably one of the most versatile devices in non-linear guided optics. An analytical study was performed by means of the coupled-mode theory, in which the non-linearity was added as a perturbative term. This study let to establish clearly the different running modes of the device. Results were tested with a simulation tool, based on the well-known split-step technique. Finally a particular design to implement an AND logic gate has been proposed, where the physical parameters of the NLDC were related with the external figures of the logical gate.