La unidad estructural de anillo ciclobutánico es una importante plataforma que se encuentran en numerosos compuestos bioactivos y está presente en intermedios clave para la síntesis química de compuestos funcionalizados con interesantes propiedades fisicoquímicas y con posibles aplicaciones en los campos de la biomedicina y de los materiales. Los compuestos ciclobutánicos 1,2- y 1,3-difuncionalizados, además de presentar una alta versatilidad sintética, exhiben ciertas ventajas estructurales debido a la presencia del anillo de ciclobutano como un elemento de restricción conformacional y de dos centros quirales de configuración conocida. Haciendo uso de la versatilidad sintética de los compuestos ciclobutánicos 1,2- y 1,3-difuncionalizados y empleando el anillo de ciclobutano y su quiralidad, se prepararon tres grupos de compuestos ópticamente activos. • Tensioactivos ciclobutánicos polifuncionales: Se prepararon cuatro nuevos compuestos anfifílicos quirales. Al mismo tiempo, se realizó el estudio fisicoquímico y la caracterización de las propiedades de superficie del tensioactivo zwiteriónico derivado de amida. Como resultado se consiguió un tensioactivo en forma de mezcla del derivado de amida y su respectiva sal de trifluoroacetato, el cual se comporta como un tensioactivo eficiente con agregación de tipo vesícula oligolamelar. • Triaminas ciclobutánicas conjugadas con Gd(III)-DOTA: Se llevó a cabo la síntesis estereoselectiva de cuatro complejos, los cuales presentan un núcleo ciclobutánico conjugado con Gd-DOTA y fueron estudiados como posibles Agentes de Contrastes (ACs) en Resonancia Magnética de Imagen (RMI). Los resultados de RMI y los cálculos teóricos sugieren que existe una amplia influencia de las sustituciones N-H y N-Me y de los grupos protectores de la función amina en la capacidad de contraste. El complejo bis(acetamida) presentó una relajatividad mayor que el compuesto de referencia DOTAREM, lo que lo convierte en un posible candidato a ser usado como AC-T1. • Péptidos híbridos γ,γ- y β,γ-ciclobutano-prolina: Se prepararon dos nuevas series de péptidos híbridos ciclobutano-prolina de longitud variable (6, 8, 10 y 12 aminoácidos). Ninguna de las dos series sintetizadas presentó toxicidad y exhibieron una buena capacidad de internalización celular en células HeLa. Sin embargo, la cantidad de péptido internalizado es baja al compararlo con Tat (péptido referencia). Por otro lado, los resultados de citometría de flujo y microscopía confocal evidencian una eficiente capacidad de internalización (comparable con Tat) del γ,γ-dodecapéptido ciclobutano-prolina en promastigotes de Leishmania donovani. / The structural unit of cyclobutane ring is an important platform present in several bioactive compounds and key intermediates for the chemical synthesis of funtionalized compounds with interesting physicochemical properties and possible applications in fields such as biomedicine and materials. The 1,2- and 1,3-difunctionalized compounds exhibit a high synthetic versatility and some structural advantages due to the presence of both the cyclobutane ring, as a conformational constraining element, and two chiral centers of known configuration. Because of the synthetic versatility of the 1,2- and 1,3-difunctionalized compounds and the chirality of the cyclobutane ring three groups of optically active compounds were prepared. • Polyfunctional cyclobutane surfactants: Four new chiral amphiphilic compounds were prepared. Then, a physicochemical study and the characterization of the surface properties of the amide derived zwiterionic surfactant were carried out. As a result, a surfactant as a mixture of the amide derivative and its corresponding trifluoroacetate salt was achieved. This mixture behaves as an efficient surfactant with oligolamellar vesicle type aggregation. • Triamine cyclobutane cores conjugated to Gd(III)-DOTA: A stereoselective synthesis of four compounds was carried out. They exhibit a cyclobutane core conjugated to Gd-DOTA and were studied as possible Contrast Agents (CAs) in Magnetic Resonance Imaging (MRI). The MRI results and the theoretical calculations suggest a wide influence of the N-H and N-Me substitutions and the protecting groups of the amine function in the contrast capacity. The bis(acetamide) complex showed a better relaxivity than the DOTAREM reference compound making it a possible candidate for its use as a CA-T1. • Hybrid γ,γ- and β,γ-cyclobutane-proline peptides: Two new series of hybrid cyclobutane-proline peptides of various lengths (6, 8, 10 and 12 amino acids) were prepared. These two series have shown to be non-toxic and exhibited a good capacity of cell penetration in HeLa cells. However, the amount of penetrated peptide is lower than that of Tat (reference peptide). Additionally, the flow cytometry and confocal microscopy results show an efficient penetration capacity (comparable to Tat) of the cyclobutane-proline γ,γ-dodecapeptide within promastigotes of Leishmania donovani.

La gestació múltiple està considerada una complicació de les Tècniques de Reproducció Assistida, especialment significativa en programes de Donació d’Oòcits (DO). No obstant, hi ha pocs autors que hagin avaluat el problema i establert els criteris a aplicar per a reduir-la. Els objectius d’aquesta tesi van incloure: 1) Descriure la incidència de les complicacions obstètriques i perinatals en els embarassos únics i múltiples, així com l' impacte addicional de l'edat de les receptores; 2) Analitzar els factors associats a l’embaràs múltiple en el programa de DO; 3) Avaluar les taxes acumulades (cicles de transferència d’embrions en fresc més cicles de transferència d’ embrions criopreservats) d'embaràs i nascut viu en els cicles de DO on s'havia realitzat la transferència selectiva d’un embrió (TES-1), en comparació amb els cicles amb transferència selectiva de dos embrions (TES-2); 4) Avaluar els resultats de l’aplicació del canvi d’estratègia de transferència embrionària de dos embrions cap a un embrió en el nostre programa de DO. Pel primer objectiu es va dur a terme mitjançant un estudi retrospectiu observacional de 225 gestacions úniques, 113 múltiples i 447 nens nascuts, on el cicle de recepció, l’embaràs i el part es controlaren en el nostre centre. Els resultats demostraven que, en les gestacions múltiples de DO, existia una major incidència de complicacions obstètriques (preeclàmpsia, ruptura prematura de membranes, cesàries i part preterme) i perinatals (baix pes al néixer, ingrés en cures intensives i mortalitat perinatal) que en les gestacions úniques. L’edat (≥40 anys) incrementava la incidència de diabetis gestacional i de cesàries. Pel segon objectiu, es va dur a terme un estudi retrospectiu de 945 cicles de recepció on s’havien transferit dos embrions (dia +2). Entre les variables estudiades, la qualitat embrionària va ser l’únic factor associat a la gestació múltiple. El risc de gestació múltiple era el doble si es transferien dos embrions òptims que dos no òptims. El tercer objectiu es va desenvolupar a través de tres estudis on es varen avaluar les taxes acumulades de gestació i nascut viu: i) un estudi retrospectiu per comparar els resultats de 1073 cicles TES-2 en dia+2, versus 66 cicles amb TES-1; ii) un segon estudi prospectiu aleatoritzat, que comparà els resultats de 34 cicles de TES-1 i 31 de TES-2 quan es disposava de mínim 5 embrions amb almenys 2 d’òptima qualitat en dia +3; iii) un estudi prospectiu analític aplicant els criteris establerts en la pràctica clínica per aconsellar TES-1 i que inclogué 297 cicles de TES-1 i 203 de TES-2. Es va concloure que en receptores de bon pronòstic, les taxes acumulades d’embaràs i nascut viu eren similars en les dues estratègies. No obstant, tot i que amb la transferència d’un embrió es reduïa la taxa de múltiples, es necessitava més temps per aconseguir la mateixa taxa d’èxit. Pel darrer objectiu, es va analitzar de forma retrospectiva la transferència d’un embrió en el període 2004-2014. Es va posar de manifest que la implementació de criteris mèdics i embriològics havia suposat un increment de transferència d’un embrió de 2.6% a 43.1%, amb una reducció de la taxa de gestació múltiple del 30% al 22.5% i sense una reducció clínicament rellevant de la taxa de gestació i nascut viu. Els resultats varen demostrar que, aplicant criteris mèdics i embriològics per transferir un embrió, s’aconseguia augmentar el percentatge de transferències úniques i reduir la taxa de gestació múltiple sense que es veiessin afectades les taxes acumulades de gestació i nascut viu. Tot i així, es necessitava més temps per aconseguir la mateixa taxa de gestació. / Multiple pregnancy is regarded as a complication of assisted reproductive technologies, especially significant in oocyte donation programmes (OD). However, few authors have assessed this issue or established criteria to reduce it. The objectives of this thesis were 1) to describe the incidence of obstetric and perinatal complications in single and multiple pregnancies, as well as the additional impact of recipient age; 2) to analyse the main factors associated with multiple pregnancy in the OD programme; 3) to assess the cumulative (fresh embryo transfer cycles plus frozen-thawed embryo transfer cycles) pregnancy and live birth rates in OD cycles with elective single embryo transfer (SET) compared with elective double-embryo transfer (DET); 4) to evaluate the results of implementing a strategy shift from transferring two embryos to transferring one in our OD programme. The first objective was accomplished through a retrospective observational study of 225 singleton pregnancies, 113 multiple and 447 live births, in which the reception cycle, pregnancy follow-up and labour were performed at our centre. The results showed that in multiple pregnancies from OD there was a higher incidence of obstetric (preeclampsia, premature rupture of membranes, caesarean sections and preterm delivery) and perinatal (low birth weight, admissions to the intensive care unit and perinatal mortality) complications than in singleton pregnancies. The incidence of gestational diabetes and caesarean section increased with age (≥40 years). For the second objective, a retrospective study of 945 reception cycles in which two embryos had been transferred (on day 2) was carried out. Among the variables analysed, embryo quality was the only associated factor. The risk of multiple gestation was twofold when two good-quality embryos were transferred compared with two non-good-quality embryos. The third objective was developed through three studies that evaluated the cumulative pregnancy and live birth rates: i) a retrospective study to compare the outcomes of 1073 cycles in which DET was performed on day 2, with 66 SET cycles; ii) a randomised prospective study comparing the results of 34 SET cycles with 31 DET cycles when there were a minimum of 5 embryos available with at least 2 good-quality embryos on day 3; iii) an analytic prospective study, with the application of the criteria established in clinical practice for the purpose of recommending SET, which included 297 SET and 203 DET cycles. We concluded that in good-prognosis recipients, cumulative pregnancy and live birth rates are similar in both strategies. However, although the multiple pregnancy rate was lower in SET, the time needed to achieve the same success rate was higher. For the last objective, we retrospectively analysed single-embryo transfers from 2004 until 2014. This analysis revealed that the application of medical and embryologic criteria led to an increase in single-embryo transfers from 2.6% to 43.1%, with a decrease in multiple pregnancy rates from 30% to 22.5%, without a clinically relevant reduction in the pregnancy and live birth rates. These results show that by applying medical and embryologic criteria to transfer one embryo, it is possible to increase the percentage of single-embryo transfers and reduce the multiple gestation rate without affecting the cumulative pregnancy and live birth rates. However, the time to pregnancy is higher when one embryo is transferred.

En el trabajo presentado en esta tesis, se continúa con 2 líneas de trabajo iniciadas en el Grupo de Química Inorgánica y Catálisis del Instituto de Ciencias Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), basadas en el desarrollo de nuevos derivados de boro con propiedades fotoluminiscentes y la preparación de sistemas de alto contenido en boro. Se ha avanzado en ambas líneas de investigación, por ello la sección de resultados y discusión se divide en las siguientes dos partes: ➢ Resultados y discusión I: Desarrollo y studio fotofísico de carboranos que incorporan fluoróforos Esta primera parte consta de 3 capítulos que describen la síntesis de derivados de orto- y meta-carborano enlazados a grupos estilbeno. Las moléculas preparadas han sido completamente caracterizadas por las técnicas espectroscópicas usuales y difracción de rayos-X cuando ha sido posible. Se han estudiado las propiedades fotofísicas y los resultados fueron completados con algunos cálculos teóricos. Los Capítulos 3 y 4 describen las rutas sintéticas para obtener estilbenos sustituidos con 1 o 2 clústeres de boro y la posterior preparación de carboranos sustituidos con 2 estilbenos. Para ello, se han llevado a cabo reacciones de sustitución nucleofílica y electrofílica, además de acoplamientos por Heck. Los resultados reflejan el importante papel que juega la naturaleza del carborano en el comportamiento fotofísico del estilbeno, tanto en disolución como estado sólido. En el Capítulo 5, hemos preparado moléculas con un núcleo de octavinil-POSS funcionalizado con ocho derivados de carborano a través de un grupo vinil-estilbeno. Los compuestos han mostrado una alta estabilidad térmica y, una gran intensidad de emisión fluorescente en disolución, que puede ser regulada según el isómero del clúster que se trate y, del sustituyente presente en el segundo Ccluster. Además, las propiedades fluorescentes son diferentes en disolución y en estado sólido. ➢ Resultados y discusión II: preparación y estudio de sistemas de alto contenido en boro En estos tres capítulos se describe la funcionalización de diferentes plataformas con diferentes derivados de clústeres de boro. En el capítulo 6, se han funcionalizado dendrímeros de núcleo porfirínico mediante reacciones de hidrosililación con buenos rendimientos, obteniendo moléculas con 4, 8, 16 y 32 carboranos, en los cuales se estudió sus propiedades fluorescentes y se determinó el radio hidrodinámico. Estos dendrímeros se consideran potenciales agentes antitumorales que pueden emplearse en la Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), así que se han realizado los primeros ensayos de citotoxicidad para evaluar su idoneidad. En el Capítulo 7, el octavinil-POSS se ha funcionalizado con derivados de dos tipos de metalacarboranos (cobaltabisdicarballuro y ferrabisdicarballuro), a través de reacciones de metátesis olefínica para obtener moléculas aniónicas de gran tamaño. Los estudios térmicos han mostrado una gran estabilidad de estos compuestos. Además, se ha determinado el radio hidrodinámico de las nuevas especies. La presencia de metalacarboranos proporciona una interesante actividad electroquímica, que ha sido estudiada mediante voltametría cíclica (CV). En el Capítulo 8, se han preparado nuevos materiales híbridos basados en óxido de grafeno y 2 tipos de clústeres de boro (closo-dodecaborato y cobaltabisdicarballuro) La funcionalización de la superficie de grafeno se ha conseguido mediante reacciones de condensación y de apertura de anillo entre los grupos funcionales del GO y los derivados apropiados de los clústeres de boro. Los materiales híbridos se han caracterizado mediante IR-ATR y diferentes técnicas de microscopía. El grado de funcionalización de los híbridos fue determinado mediante análisis termogravimétrico (ATG), mostrando además un extraordinario incremento en la estabilidad térmica. Se han realizado estudios de dispersabilidad en agua y disolventes orgánicos, que indican una gran mejora en la dispersión del grafeno y en la estabilidad a largo plazo de las dispersiones del grafeno modificado con estos clústeres. / The work presented in this thesis follows with two research lines initiated in the Catalysis and Inorganic Synthesis Group at Institute of Material Sciences of Barcelona (ICMAB-CSIC), based on the development of new boron cluster derivatives with photoluminescent properties and the preparation of high boron content systems. To move forward with these lines, the results and discussion section is divided in two parts: ➢ Results and discussion I: development and photophysical study of carboranes bearing fluorophores The first part consists of three chapters that describe the synthesis of ortho- and meta-carborane derivatives bonded to stilbene groups. The molecules prepared have been fully characterized using the common spectroscopic techniques and X-ray diffraction when possible. The new compounds have been studied from a photophysical point of view and the experimental results were completed with some theoretical calculations. Chapters 3 and 4 describe the synthetic routes to obtain stilbene-substituted with 1 or 2 boron cluster derivatives, following by the synthesis of carboranes-substituted with 2 stilbene units. The synthetic strategies have involved nucleophilic substitutions, electrophilic substitutions and Heck coupling reactions. The results obtained have shed light on the important role played by the nature of the carborane in the photophysical behavior of stilbene, not only in solution but in solid state. In Chapter 5 we decided to prepare larger molecules with an octavinyl-POSS core functionalized with eight carborane derivatives, through vinyl-stilbene groups. These compounds have shown a high thermal stability, as well as high fluorescence emission in solution, which can be tuned by the nature of carborane derivatives linked to the fluorescent moieties, as well as the substituent at the second Ccluster. Fluorescence properties of functionalized POSS in solid state have shown a different behavior to solutions. ➢ Results and discussion II: preparation and study of high-boron content systems Along the three chapters collected in this part, the functionalization of different platforms with the appropriate boron cluster derivatives is reported. In Chapter 6, porphyrin-cored dendrimers have been functionalized with the adequate carborane derivatives by hydrosilylation reactions. Thereby, 4, 8, 16 and 32 carboranes have been attached to these dendrimers with high yields and their fluorescence emission properties as well as their hydrodynamic radii have been determined. These dendrimers are considered as potential anti-cancer agents for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), so the initial cytotoxicity tests have been carried out to evaluate their suitability. In Chapter 7, octavinyl-POSS has been functionalized with two kinds of metallacarboranes (cobaltabisdicarbollide and ferrabisdicarbollide) derivatives via olefin metathesis reactions, leading to anionic large molecules. The thermal studies have shown a remarkable thermal stability. Besides, the hydrodynamic radii were also determined. In addition, the presence of metallacarboranes provides interesting electrochemical activity, which was studied by means of cyclic voltammetry (CV). In Chapter 8, new hybrids materials based on graphene oxide (GO) and two type of boron cluster (closo-dodecaborate and cobaltabisdicarbollide) have been prepared. Modification of graphene surface has been achieved by condensation and opening-ring reactions between GO functions and the appropriate boron cluster derivatives. The hybrids materials have been characterized by IR-ATR and different electron microscopy techniques. The functionalization degrees were determined by thermogravimetric analysis (TGA) showing an extraordinary increase in the thermal stability of modified graphene with regards to GO. Dispersibility studies in water and organic solvents have indicated an exceptional enhancement and long term stability of dispersions when graphene is functionalized with these boron clusters.

L’anàlisi de la sedimentologia, geometria i trajectòria de diverses clinoformes deltaiques successives en estudis d'aflorament o en bases de dades de sísmica de reflexió han estat àmpliament utilitzats com una eina per a (1) inferir canvis en el nivell del mar i per a (2) interpretar els factors de control a curt i llarg termini sobre la evolució dels marges de conca, així com en la durada i tipus de transport de sediment groller des dels continents fins als oceans. Els models deposicionals, majoritàriament enfocats en la influència de l’eustatisme (acomodació) i l‘aport de sediment, principalment a partir de dades sísmiques de gran escala, mostren un menor interès/focus en l’anàlisi de fàcies i els procesos deposicionals que s’en infereixen, els quals operen en diferents posicions al llarg dels clinotemes individuals, i en l’estudi de com aquests procesos canvien amb la trajectòria i el temps. Les seqüències deposicionals de Castissent, de l’Eocè inferior (alogrup de Castissent, Pirineus sud-centrals, Espanya) consisteixen principalment, a la conca d’Ainsa, en dipòsits de barra de desembocadura i lòbuls sorrencs de front deltaic en transició a turbidites de talús, formats en un sistema de river-delta dominat per avingudes. La deposició d’aquests cossos sedimentaris va estar fortament controlada per la interacció entre fluxos hiperpícnics d’origen continental, la influència dels processos litorals sobre aquests fluxos, i l’activitat tectònica, tant local com regional, la cinemàtica sinsedimentària de la qual encara no ha estat explicada en suficient detall. La cartografia i correlació de cicles sedimentaris d’alta freqüència evidencia que aquests poden ser considerats clinotemes deltaics limitats per les seves relatives superfícies límit o clinoformes (discordances sigmoïdals), la formació de les quals estaria estrictament controlada per l’activitat tectònica. Per altra banda, els perfils sísmics d’alta resolució vinculats a dades de pou i sondejos proporcionen els mitjans necessaris per a lligar l’arquitectura deposicional (trajectòria de clinoformes) amb els processos i patrons de dispersió de sediment. L’Expedició 313 de l’IODP (Integrated Ocean Drilling Program) va perforar un grup de clinotemes del Miocè a l’offshore de Nova Jersey per tal de capturar un registre complet de varacions del nivell del mar a través de la integració d’estratigrafia sísmica, dades de pou i sondejos, i cronostratigrafia. En la base de dades de l’Expedició 313, aquesta valoració es pot efectuar a través de diferents clinotemes successius, amb els respectius anàlisis de facies i interpretacions de processos i ambients deposicionals al llarg d’un mateix clinotema (Poyatos-Moré and Hodgson, 2012; Hodgson et al., in prep.). No obstant, estudis d’aflorament com el de les seqüències de Castissent o de subsòl com el de Nova Jersey tracten sovint l’acomodació i l’aport sedimentari com un problema bidimensional, mitjancant l’anàlisi d’un perfil de marge de conca paral·lel a la direcció principal de l’aport. Els resultats d’aquests estudis han estat comparats amb la part inferior de la Formació Waterford (Conca de Karoo, Sud-àfrica), un cas d’estudi d’aflorament tridimensional d’un sistema de talús-plataforma exhumat, que permet la identificació de la posició del rollover de la clinoforma i de les associacions de fàcies al llarg de tres perfils deposicionals paral·lels a l’aport (Jones, 2013; Jones et al., 2013a and b). Aquests perfils de marge de conca de la Fm Waterford mostren tots ells trajectòries similars, tot i que amb una significativa variabilitat lateral pel que fa a la presencia de sorra al talús. D’aquesta manera, aquest estudi demostra que la variabilitat lateral en la fisiografia dels marges de conca afecta significativament a la dispersió de sediment entre ambients de plataforma, talús i fons de conca, i ha de ser per tant considerada, juntament amb el règim de processos, com a factor de control clau quan s’intenten elaborar prediccions de bypass de sediment en successions de marge de plataforma. / The analysis of sedimentology, geometry and trajectory of successive deltaic clinoforms in outcrop-based studies or in high-resolution reflection seismic datasets has been widely employed as a tool to (1) infer relative sea-level changes and (2) to interpret short and long-term factors controlling basin margin evolution and timing of coarse-grained sediment delivery from continents to oceans. Sea-level (accommodation) and sediment supply-driven models have been developed mainly on large-scale seismic data, with less focus on sedimentary facies analysis and inferred depositional processes in operation at different positions along individual clinothems, and how these process change with trajectory and time. The Lower Eocene Castissent depositional sequences (Castissent Group, South-Central Pyrenees, Spain) mainly consist, in the Ainsa basin, in mouth-bar deposits and delta front sandstone lobes in transition to slope turbidites, deposited in a flood-dominated river-delta system. Deposition of these bodies was strongly controlled by the interaction between continental-derived hyperpycnal flows, the influence of shoreline processes over these flows and the local and regional tectonic activity, whose syn-sedimentary thrust-and-fold kinematics has not been explained in enough detail yet. Field mapping and correlation of high-frequency cycles show that they can be considered deltaic clinothems bounded by clinoform surfaces (their sigmoid bounding unconformities) whose formation is strictly controlled by tectonics. Moreover, high resolution seismic profiles tied to cored and dated boreholes data provide a means to link the depositional architecture (clinoform trajectory) to sediment dispersal processes and patterns. IODP Expedition 313 cored a set of Miocene clinothems offshore New Jersey to capture a complete record of sea-level change through integration of seismic stratigraphy, core and well logs, and chonostratigraphy. In the Expedition 313 dataset, this analysis can be performed over successive clinothems, with the assessment of sedimentary facies and process-based interpretations of environments of deposition down a single clinothem (Poyatos-Moré and Hodgson, 2012; Hodgson et al., in prep.). However, some outcrop-based studies like the Castissent sequences or subsurface-based studies like the New Jersey margin commonly treat accommodation and sediment supply as a 2D problem, by analyzing a margin profile parallel to the main sediment route. The results of these works have been compared with the lower Waterford Formation (Karoo basin, South-Africa), which provides a 3D outcrop-based case study of an exhumed shelf-to-slope system that allows the identification of clinoform rollover positions and depositional facies associations along three depositional dip profiles (Jones, 2013; Jones et al., 2013a and b). These parallel basin margin profiles of the lower Waterford Formation show all broadly similar trajectories, although with a significant along-margin variability. Thus, strike variability in basin margin physiography strongly affects sediment dispersal between shelf, slope and basin floor settings and it must be therefore considered together with process regime as a key controlling factor when attempting stratigraphic predictions of sediment bypass in shelf-margin successions.

En la actualidad, está ampliamente aceptado en Europa que la investigación y la innovación son factores clave para reforzar la capacidad industrial y las perspectivas de negocios. La tecnología es necesaria para abordar los problemas del mundo, pero también lo es la investigación, que permite la aparición de tecnologías innovadoras. Por lo tanto, invertir en investigación e innovación es esencial para el desarrollo de soluciones para los desafíos sociales, como por ejemplo la seguridad alimentaria. En este contexto, surge el término KETS (Key Enabling Technologies), que permite unificar diferentes campos de la ciencia, tales como la nanotecnología, los materiales avanzados y la biotecnología, entre otros. Esto indica una clara convergencia de la tecnología en el desarrollo de nuevas soluciones. Por ejemplo, con el fin de ofrecer soluciones en seguridad alimentaria, la investigación en química analítica no está solamente basada en el desarrollo de estrategias para obtener información cualitativa y cuantitativa sobre la composición y naturaleza de las sustancias, sino que ésta ha convergido en un campo de investigación más aplicado y multidisciplinar, formando alianzas entre diferentes áreas de conocimiento a través de la ciencia. Esta nueva concepción abre la posibilidad de crear nuevos principios analíticos, procedimientos de detección automatizados o in-situ, así como sondas de detección específica o nuevos dispositivos sensores. La presente Tesis doctoral es el resultado de dicho carácter multidisciplinar de la química analítica, y con el objetivo de proporcionar soluciones a problemas relacionados con la seguridad alimentaria, se ha desarrollado un nuevo dispositivo sensor en base a conocimientos de química analítica pero también de biotecnología, microbiología y materiales avanzados. Por ello, el primer apartado de este trabajo pretende ser una introducción general sobre la inocuidad de los alimentos y su importancia a nivel mundial, haciendo especial énfasis en los patógenos alimentarios emergentes responsables de los principales brotes y la contribución de la tecnología de los biosensores como factor conductor para el desarrollo de nuevas metodologías para la detección de bacterias transmitidas por los alimentos mediante técnicas de multiplexado. Además, se discutirá también la integración de nuevos materiales con dimensiones nano/micrométricas en biosensores electroquímicos, destacando algunas de las ventajas de las partículas magnéticas: i) su capacidad para preconcentrar las bacterias presentes en muestras complejas mediante una reacción inmunológica ii) us uso como plataforma para el bioreceptor en los dispositivos de biosensores iii) o como soporte para la inmovilización magnética en la superficie de un electrodo de trabajo por atracción magnética. Los métodos de detección para seguridad alimentaria actuales han permitido un avance significativo en relación al desarrollo de métodos rápidos y sensibles, en los que la implementación de bioensayos con capacidad de multiplexado es una de las tendencias emergentes. Sin embargo, se han descrito pocas estrategias basadas en biosensores electroquímicos para la detección simultánea de bacterias en alimentos. Por esta razón, en el presente trabajo se propone desarrollar un biosensor electroquímico que detecte simultáneamente Salmonella enterica, Listeria monocytogenes y Escherichia coli, basado en el uso de partículas magnéticas. Las estrategias presentadas en esta Tesis doctoral se basan por un lado en un reconocimiento electroquímico inmunológico, que proporciona la detección de las células bacterianas, y por otro un reconocimiento genético, que permite la detección del ADN bacteriano. Estas dos estrategias se combinan con un paso de separación inmunomagnética que da lugar a la captura y preconcentración de las bacterias a partir de muestras de alimentos. Así, se ha realizado un estudio de las partículas magnéticas de diferentes tamaños (micro y nanométrica), para después efectuarse la separación inmunomagnética de S. enterica, L. monocytogenes y E. coli. Además, se han comparado posteriormente las dos estrategias para la detección de Salmonella, usándose como modelo muestras leche. Finalmente, se describe una estrategia de PCR multiplexada combinada con un magneto-genosensor electroquímico usando partículas magnéticas de sílice para la detección simultánea de S. enterica, L. monocytogenes y E. coli. / Nowadays, it is widely recognised in Europe that research and innovation are key factors to reinforce the industrial capacities and business perspectives. We need technology to address world´s problems, but we also need research to develop innovative technologies. Therefore, investing in research and innovation is essential to develop solutions for societal challenges, as for instance Food Safety. In this context, it comes out the term KETs (Key Enabling Technologies) to unify different fields across science, such as Nanotechnologies, Advanced materials, Biotechnology, among others. This indicates a clear convergence of technologies to address new solutions. For instance, analytical chemistry research is not only based anymore on the development of strategies to obtain qualitative and quantitative information about the composition and nature of substances. In order to provide solutions in food safety, analytical chemistry research has been converging into a more applied and multidisciplinary research field, forming alliances between different fields across science. This opens the possibility for the creation of new analytical principles, automated or in-situ detection procedures, as well as specific detection probes or new sensing devices. This Dissertation is a result of the multidisciplinary character of analytical chemistry. The aim of providing solutions to problems related to food safety bonds different science fields as analytical chemistry, biotechnology and advanced materials for the development of a new sensing device. Therefore, it is intended to give a general introduction about food safety and its importance worldwide, with special focus on the emerging foodborne pathogens responsible for the main outbreaks and the contribution of biosensors technology as the driver factor for the development of new methodologies for foodborne bacteria detection with multiplexing capabilities. Furthermore, the integration of new materials with nano/micrometer dimensions on electrochemical biosensors will be also discussed, highlighting some advantages of the use of magnetic particles: i) preconcentration of the bacteria from complex samples through an immunological reaction, ii) as a platform for the biorecognition element in the biosensing devices iii) as a support for the magnetic immobilisation on the surface of a working electrode under magneto-actuation. The current state of art for detection methods for food safety shows a significant progress relative to the development rapid and sensitive methods, in which the implementation of bioassays with multiplexing capabilities is one of the emergent trends. However, few approaches based on electrochemical biosensors for the simultaneous detection of foodborne bacteria have been reported. For this reason, it is proposed to develop an electrochemical biosensor for the simultaneous detection of Salmonella enterica, Listeria monocytogenes and Escherichia coli, based on the use of magnetic particles. The strategies presented in this Dissertation are based on electrochemical magneto-immuno and genosensing, in which electrochemical magneto-immunosensing provides the detection of whole bacterial cells, whereas the electrochemical magneto-genosensing provides the detection of the bacterial DNA. These two strategies are combined with an immunomagnetic separation step to capture and preconcentrate bacteria from food samples. Hence, a study of different magnetic particles with micro and nanometer sizes will be achieved for the immunomagnetic separation of S. enterica, L. monocytogenes and E. coli. Afterwards, electrochemical magneto-immuno and genosensing will be compared for the detection of Salmonella in milk, as a model. Finally, triple-tagging multiplex PCR combined with an electrochemical magneto-genosensor using silica magnetic particles as a platform will be reported for the simultaneous detection of S. enterica, L. monocytogenes and E. coli.

Esta tesis se centra en la síntesis de soluciones de trifluoroacetatos de itrio, bario y cobre para el crecimiento de capas epitaxiales de YBa2Cu3O7 mediante el método de descomposición metalorgánica (MOD) de deposición de soluciones químicas (CSD). Este método es barato, escalable y ha demostrado altas prestaciones en capas superconductoras delgadas (≈300nm). La fabricación de cintas epitaxiales de óxidos superconductores es un campo de gran interés debido a la gran variedad de aplicaciones de los mismos, que va desde los imanes para generar campos magnéticos altos y realizar diagnóstico médico por imagen hasta sus numerosas aplicaciones en el sector Energético (por ejemplo, almacenamiento de energía magnética por superconducción (SMES), fabricación de cables, transformadores, limitadores de corriente superconductor (FCL)…). Entre los métodos de preparación de dichas cintas se distinguen los métodos de deposición de soluciones químicas (CSD) con la variante más utilizada de descomposición metalorgánica (MOD) o por deposición química metalorgánica de vapor (MOCVD) siendo ambas una alternativa a los métodos físicos (la deposición por láser (PLD) o la evaporación por haz de electrones como más utilizados). Las metodologías por CSD son sin ninguna duda las de menor coste entre todas las alternativas. El reto en este campo es la necesidad de producir cintas epitaxiales de óxidos superconductores de forma reproducible y que transporten la máxima corriente posible. En este contexto, el primero objetivo de la tesis ha sido conseguir por métodos de deposición de soluciones químicas (CSD), soluciones estables de precursores organometálicos para el crecimiento de capas epitaxiales de muy altas prestaciones. La deposición de la solución precursora, en nuestro caso, ha sido realizada, en un monocristal de aluminato de lantano (LAO) de orientación (001). Mediante la descomposición de precursores metalorgánicos (MOD), basados en trifluoroacetatos (TFA) como precursores hemos conseguido el crecimiento de capa epitaxiales de YBCO. Usando una concentración de sales de partida de 1.5M (Y:Ba:Cu) (0.25:0.50:0.75) depositados por spin coating hemos obtenido capas epitaxiales de YBCO de 300nm±25nm sin fases secundarias, bien oxigenadas (Tc=92K) y Jc a 77K de 4MA/cm2 que equivale a una Ic=120A/(cm-w). El siguiente reto planteado se basa en conseguir que las capas superconductoras crecidas transporten la mayor corriente (Ic) posible. Esto se puede llevar a cabo por dos vías. Una de ellas es incrementando la densidad de corriente crítica (Jc) a través de la preparación de nanocompuestos con el objetivo de generar defectos los cuales sean capaces de anclar los vórtices y con ello mejorar las prestaciones superconductoras . Otro camino, es aumentando el grosor de las capas de YBCO y con ello la cantidad de material por el que podrá pasar más corriente. Nosotros abordamos la última vía, que se explora en 3 capítulos de la tesis. Múltiples estrategias se han evaluado para incrementar el grosor de las capas de YBCO, como la variación de la concentración de la solución precursora anhidra inicial, variación de los parámetros del spin coating, la realización de múltiples pasos de deposición, el uso del dip coating o de distintos aditivos. En estas estrategias el uso de múltiples pasos de deposición, permitió obtener capas de 1000nm con Jc a 77K de 2 MA/cm2 y Ic=216 A/(cm-w). Valores que son competitivos con los valores internacionales actuales reportados en la literatura. La combinación de las diferentes estrategias con las que se ha trabajado se ha presentado como la vía viable para llegar a grosores incluso mayores de 1000nm para obtener capas de YBCO capaces de transportar de 400-1000 A/ (cm-w) a 77K con CSD. / This thesis focuses on the synthesis of the solutions of trifluoroacetates of yttrium, barium and copper for the growth of epitaxial layers of YBa2Cu3O7 by metal organic decomposition (MOD) by chemical solution deposition (CSD). This is a low cost and easily scalable method achieving high performance superconducting films. The production of these superconducting tapes has a great interest due to the variety of possible applications, ranging from magnets to generate high magnetic fields and perform medical imaging diagnosis to its numerous applications in the energy sector (eg magnetic energy storage by superconducting (SMES), wind generators or manufacturing cables, transformers and superconducting current limiters). The deposition of the precursor solutions can be performed by chemical solution deposition (CSD), by the metal organic decomposition method (MOD) or by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). CSD has the advantage of low capital investment and supply costs as compared to metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or physical methods as pulsed laser deposition (PLD). The challenge in this field is the need to produce epitaxial layers of oxide superconductors reproducibly and carrying the possible maximum current. In this context, the first aim of the thesis is to achieve by chemical methods, stable solutions of organometallic precursors for the growth of epitaxial layers with high performance. The deposition of the precursor solutions, in our case, has been done on a single crystal of lanthanum aluminate (LAO) orientation (001). By thermal decomposition of metalorganic precursors (MOD), based on trifluoroacetates (TFA) as starting precursors we have achieved epitaxial growth of the YBCO layer. Using a starting concentration of 1.5M of the precursors (Y: Ba: Cu) (0.25: 0.50: 0.75) deposited by spin coating, we obtained epitaxial YBCO layers of 300nm ± 25nm without secondary phases, well oxygenated (Tc = 92K) and Jc at 77K of 4MA/cm2, equivalent to Ic=120A/(cm-w). The next goal was to achieve the layers grown epitaxially exhibiting the maximum current intensity (greater than (60 A/(cm-w)) at the start of the thesis). This can be obtained in different ways. It is possible to increase the critical current density (Jc) through the introduction of nanocomposites with the aim of generating defects able to anchor the superconducting vortices and improve the performance. Other option is to increase the thickness of the YBCO layers and thus the amount of material through which current can pass. We addressed the latter route, which is explored in 3 chapters of the thesis. Multiple strategies have been evaluated to increase the thickness of the layers of YBCO, such as the variation in the initial concentration of anhydrous precursor solutions, the parameters of the spin coater, performing multiple deposition steps, using a dip coating method or the addition of other additives. The strategy of using multiple deposition steps allowed us to obtain layers with Jc at 77K 1000nm2 MA/cm2 and Ic = 216 A /(cm-w). Values that are competitive with the current international values reported in the literature. The combination of the different strategies we worked on could allow us in the future, reach YBCO layers with thicknesses (≥1000nm) and exhibit higher current density (between 400-1000A/(cm-w) at 77K) by CSD.

Malgrat el gran nombre d’estudis experimentals i computacionals sobre l’estructura i funció de les proteïnes quinases, els detalls exactes dels canvis estructurals i mecanístics dels passos individuals de la reacció catalítica de transferència del grup fosforil romanen incerts. En principi, els estudis computacionals poden subministrar informació minuciosa i una coneixença complementària al treball experimental, però aquest objectiu només es pot assolir si es fan servir els mètodes computacionals adequats i si el model teòric que s’utilitza representa correctament el sistema biològic. En aquesta Tesi, el mètode QM/MM a nivell DFT/MM s’ha utilitzat per a descriure els diferents mecanismes de reacció sobre la hipersuperfície d’energia potencial de la reacció global de transferència del grup fosforil catalitzada per la Proteïna Quinasa A (PKA). Cal destacar, que a més d’utilitzar models complets i solvatats del sistema biomolecular i nivells de teoria més alts que en treballs anteriors, s’han fet servir també diferents tècniques i algoritmes inclosos en el codi ChemShell, a fi de millorar els càlculs dels camins de reacció i les optimitzacions d’estats estacionaris. En particular, coordenades de reacció més flexibles i el mètode microiteratiu per a localitzar estructures d’estats de transició ens han permès aplicar una metodologia multiescala consistent i fiable per a analitzar minuciosament tant el mecanisme associatiu (que implica la transferència de fosforil simultàniament amb la protonació del grup fosfat transferit) com el dissociatiu (que implica dues etapes: la transferència de fosforil i la protonació del substrat fosforilat) de la reacció de transferència de fosforil catalitzada per la PKA. S’ha prestat especial atenció a les funcions específiques dels residus Asp166, Lys168 i Thr201, al Gly-rich loop, als ions metàl·lics, i a la conformació i l’estat de protonació al llarg de la reacció química de la cadena lateral del substrat i del fosfat que es transfereix. Els resultats d’aquesta Tesi han demostrat que la reacció catalitzada per la PKA no depèn del substrat i que el mecanisme dissociatiu és clarament favorable respecte el mecanisme associatiu. No obstant, els càlculs presentats també mostren que el mecanisme associatiu seria viable quan el dissociatiu està impedit, com amb el mutant D166A. Aquest punt reobre un debat sobre la viabilitat del mecanisme associatiu que semblava superat donat els darrers estudis teòrics. A més a més, els camins de reacció per a la retro-protonació del substrat fosforilat per part del residu Asp166 s’han localitzat, demostrant que Asp166 es comporta com un catalitzador àcid/base general al llarg del mecanisme dissociatiu. Per altra banda, els perfils d’energia potencial QM/MM calculats també demostren, per primera vegada, que la reacció catalítica de transferència de fosforil és viable amb ions metàl·lics alcalinoterris diferents del Mg2+, confirmant resultats experimentals recents que proposen el paper fisiològic del Ca2+ a l’activitat de les quinases. Tant pel mecanisme associatiu com pel dissociatiu, la localització precisa i l’orientació de la triada Asp166-Lys168-Thr201 i de la xarxa de ponts d’hidrogen que aquests residus estableixen al centre actiu, s’ha vist que són essencials per a la catàlisi i especialment per a l’estabilització de les estructures dels estats de transició involucrats. Finalment, els resultats d’aquesta Tesi han proveït amb una seqüència completa de l’evolució geomètrica de l’estructura del complex ternari al llarg de la reacció catalítica. Això permet una comparació acurada amb les estructures de raigs-X cristal·logràfiques que han estat proposades experimentalment com a imatges moleculars del procés catalític de fosforilació. En particular, el bon acord entre les estructures teòriques i els estudis experimentals validen la visió atòmica de la reacció presentada en aquesta Tesi, revelant canvis conformacionals, de coordinació i dels ponts d’hidrogen que tenen lloc durant la recció química i la seva relació amb la dinàmica de l’enzim. / Despite extensive experimental and computational studies about the structure and function of kinases, exact details regarding the complex structural changes and the mechanistic details of individual stages involved in the catalyzed phosphoryl-transfer reaction remain uncertain. In principle, computational studies can provide detailed information and insights to complement experimental studies, but this goal can only be attained when the appropriate computational approaches are employed and the theoretical model used is a good mimic of the biological system. In this Thesis, the QM/MM approach at the DFT/MM level of theory was used to describe the different reaction mechanisms on the potential energy hypersurface of the global phosphoryl-transfer reaction catalyzed by the Protein Kinase A (PKA). Remarkably, besides making use of more complete solvated models of the biomolecular system and higher levels of theory than the ones employed in previous works, several techniques and algorithms within the computational chemistry suite ChemShell were used to improve the accuracy of the reaction path calculations and stationary points optimizations. In particular, more flexible reaction coordinates, the location of the stationary points with the hybrid delocalized internal coordinates, and the microiterative method to locate transition structures allowed us to apply a consistent and reliable multiscale methodology to examine minutely both the associative (involving a concomitant phosphoryl-transfer and protonation of transferred phosphate) and dissociative (involving two steps: phosphoryl-transfer and back protonation of the phosphorylated substrate) mechanisms of the phosphoryl-transfer reaction catalyzed by PKA. Special attention was paid in the specific roles of the invariant residues Asp166, Lys168, and Thr201, the conserved Gly-rich loop, the metal ions, and the conformation and protonation state of the substrate residue side chain and transferred phosphate along the chemical reaction. The results in this Thesis demonstrate that the catalytic reaction catalyzed by PKA is not substrate-dependent and that the dissociative mechanism is clearly more favorable than the associative one. Nevertheless, the presented calculations also show the plausibility of the associative reaction pathway when the dissociative counterpart is impeded as it is in the D166A mutant. This reopens the debate about the plausibility of the associative reaction pathway that in view of the last theoretical works in the field seemed to be overcame. Moreover, the reaction paths for the back protonation of the phosphorylated substrate by Asp166 have been located, so demonstrating that Asp166 behaves as a general acid/base catalyst along the dissociative mechanism. In addition, QM/MM potential energy profiles determined in this Thesis also demonstrate, for the first time, that the catalyzed phosphoryl-transfer is plausible with alkali earth metal ions other than Mg2+ ions, what confirms recent experimental results where the physiological role of Ca2+ in kinase activity has been proposed. For both the associative and the dissociative mechanisms, the precise location and orientation of the triad Asp166-Lys168-Thr201 and the hydrogen bond network these residues establish within the active site are shown to be essential for catalysis, particularly in the stabilization of the transition state structures involved. Lastly, the results in this Thesis provide a complete sequence of the geometrical evolution of the structure of the ternary complex along the catalytic reaction. This permits an accurate comparison with new X-ray crystallographic structures that have been suggested as experimental snapshots of the catalyzed-phosphorylation process In particular, the good agreement between the theoretically determined structures and the crystallographic studies validate the atomic view of the reaction presented in this Thesis, thus revealing conformational, coordination, and hydrogen bond changes that occur during the chemical step and its relation with the enzyme dynamics.

Las células NKT representan una pequeña población de linfocitos con especificidad única para antígenos glicolipídicos, presentados por el receptor CD1d presente, principalmente, en las células dendríticas. Estas células juegan un papel muy important en la respuesta inmune antitumoral ya que coordinan tanto el sistema inmune innato como adaptativo. Las células NKT pueden ser activadas por el lípido sintético α-galactosilceramida (α-GalCer), que estimula la secreción de citoquinas como el IFN-γ, IL-12, IL-4 e IL-17, contribuyendo a la activación de células dendríticas (CDs), NK, B y T. En este trabajo, se evaluó el efecto antitumoral de la combinación de CDs, células tumorales irradiadas y el agonista de células NKT α-GalCer en un modelo murino de linfoma B. La vacuna terapéutica formada por CDs, células tumorales y α-GalCer eliminó el linfoma B en todos los ratones tratados, y su eficacia fue superior a la de otras combinaciones que se testaron como controles, incluyendo α-GalCer, células tumorales con CDs y CDs con α-GalCer. La terapia indujo la generación de una respuesta inmune de memoria, además de ser tumor-específica. El perfil de citoquinas inducido por la vacuna terapéutica resultó ser una combinación de respuesta Th1, Th2 e IL-17. Además, el tratamiento incrementó el número de células NKT y NK en los ratones tratados, así como de células NKT, NK y T secretoras de IFN-γ. Nuestro modelo de linfoma B resultó ser dependiente de células NK, además de presentar activación de células B. La vacuna terapéutica compuesta por CDs, células tumorales y α-GalCer elimina eficazmente el linfoma B de forma terapéutica. El tratamiento induce una respuesta inmune de memoria y tumor-especifica, y está asociado a un incremento de células NKT y NK, así como de células NKT, NK y T secretoras de IFN-γ, y con la activación de células B. / Natural killer T (NKT) cells are a small population of lymphocytes with unique specificity for glycolipid antigens presented by non-polymorphic CD1d receptor on APC, mainly presented on dendritic cells (DCs). NKT cells play a central role in tumor immunology since they coordinate innate and adaptive immune responses. These cells can be activated with the prototypic lipid α-galactosylceramide (α-GalCer), stimulating IFN-γ production and cytokine secretion (eg, IL-12, IL-4, IL-17) that contribute to the enhancement of DC function and the induction of NK, B and T-cell activation. We evaluated the antitumor effect of a combination of DCs and irradiated tumor cells with the NKT cell agonist α-GalCer in a mouse model of B-cell lymphoma. The therapeutic vaccine consisting of DCs, tumor cells and α-GalCer was able to eradicate B-cell lymphoma in all treated mice, and was superior to any vaccine combination, including α-GalCer alone, irradiated tumor cells with DCs, and DCs with α-GalCer. Importantly, treated mice with the vaccine were resistant to a tumor rechallenge, suggesting the development of a memory immune response. In addition, the immune response was tumor-specific since all the mice were unable to reject a syngeneic A20 B-cell lymphoma. In addition to in vivo evaluation of the therapeutic vaccine, the cytokine profile induced by the treatment was evaluated, showing a combination of Th1 and Th2 cytokines together with IL-17. When we looked at effector cells, we observed that the vaccine induces a high NKT and NK-cell expansion, as well as a high increase of IFN-γ secreting NKT, NK and tumor-specific T cells. NK cells played a critical role in the antitumor effect observed after the therapeutic treatment and there was also an activation of B cells since IgG antibodies against tumor cells were found in treated mice. The therapeutic vaccine consisting of dendritic cells, tumor cells and α-GalCer efficiently eradicates B-cell lymphoma in a therapeutic setting. This immune response is long-lasting, tumor-specific, and it is associated with an expansion of NK and NKT cells, an increase of IFN-γ secreting NK, NKT and T cells and B-cell activation.

La recerca de reaccions orgàniques que procedeixin amb eficiència, selectivitat i economia atòmica s'ha convertit en un objectiu important per la química sintètica. A més de la conscienciació sobre la sostenibilitat dels processos químics, l'ús de catalitzadors suportats en la química sintètica ha augmentat considerablement en els últims anys. D'aquesta manera, la immobilització covalent d'espècies catalítiques ofereix avantatges importants. No obstant, l'activitat catalítica de les espècies suportades està fortament determinada per l'accessibilitat del reactius al centre actiu. Per tant, l'elecció del suport és una qüestió essencial donat que la seva estructura i propietats poden influir de manera important en el curs de les reaccions químiques facilitades pels catalitzadors immobilitzats en aquest suport. Els materials híbrids orgànico-inorgànics derivats de sílice són gels de sílice modificats amb components orgànics, que s'han aplicat com a suports versàtils per a una gran varietat de sistemes catalítics. En el present treball, diverses organosíliques derivades de prolinsulfonamides, de sals d'imidazoli i d'imidazolini i d'un complex de [(NHC)AuCl] han estat preparades mitjançant procediments sol-gel, així com també pel mètode de grafting. Aquests materials han estat assajats com a catalitzadors suportats en diversos processos orgànics. Concretament, l'organocatàlisi asimètrica ha estat abordada per prolinsulfonamides suportades que han mostrat bons resultats en les reacció aldòlica asimètrica directa en condicions suaus (en aigua a temperatura ambient ) i han permès el seu reciclatge fins a 5 cicles consecutius . La immobilització de sals d'imidazoli i d’imidazolini no ha permès la generació d’espècies NHC per catalitzar la condensació benzoïnica o la reacció d’anelació d'un enal amb una vinil-cetona. No obstant això, una sal imidazoli suportada s'ha pogut utilitzar com a organocatalitzador reciclable per a la protecció quimioselectiva amb Boc d'amines aromàtiques . Finalment, el complex suportat de [(NHC)AuCl] representa el primer exemple de material de sílice derivat d'un complex de [(NHC)-Au(I)] que s'ha preparat mitjançant el procés sol-gel. S'ha aplicat amb èxit com a catalitzador suportat [(NHC)Au]+, facilitant transformacions com ara la transposició d'èsters al·lílics o la cicloisomerització d'àcids γ-alquinoics per donar lloc a enol-lactones de 5 membres, i permetent la seva reutilització fins a 6 cicles consecutius en l'última reacció. A més, aquest material híbrid de sílice mostra un millor comportament catalític que l'anàleg homogeni corresponent. / La búsqueda de reacciones orgánicas que procedan con eficiencia, selectividad y economía atómica se ha convertido en un objetivo importante para la química sintética. Además de la concienciación sobre la sostenibilidad de los procesos químicos, el uso de catalizadores soportados en química sintética ha aumentado considerablemente en los últimos años. De esta manera, la inmovilización covalente de especies catalíticas ofrece ventajas importantes. Sin embargo, la actividad catalítica de las especies soportadas se encuentra fuertemente determinada por la accesibilidad de los reactivos al centro activo. Por lo tanto, la elección del soporte es una cuestión esencial debido a que su estructura y propiedades pueden influir de forma importante en el curso de las reacciones químicas mediadas por catalizadores inmovilizados en este soporte. Los materiales híbridos orgánico-inorgánicos derivados de sílice son geles de sílice modificados con componentes orgánicos, que se han aplicado como soportes versátiles para una gran variedad de sistemas catalíticos. En el presente trabajo, varias organosílicas derivadas de prolinsulfonamidas, de sales de imidazolio y de imidazolinio y de un complejo [(NHC)AuCl] han sido preparados mediante el proceso sol-gel así como por el método de grafting. Estos materiales han sido ensayados como catalizadores soportados en diversos procesos orgánicos. Concretamente, la organocatálisis asimétrica ha sido abordada por prolinsulfonamidas soportadas, que han mostrado buenos resultados en la reacción aldólica asimétrica directa en condiciones suaves (en agua a temperatura ambiente) y han permitido su reciclaje hasta 5 ciclos consecutivos. La inmovilización de sales de imidazolio y de imidazolinio no ha permitido la generación de especies NHC para catalizar la condensación benzoínica o la reacción de anelación de un enal con una vinil-cetona. Sin embargo, la sal de imidazolio soportada se ha utilizado como organocatalizador reciclable para la protección quimioselectiva con Boc de aminas aromáticas. Por último, un complejo soportado de [(NHC)AuCl] representa el primer ejemplo de material de sílice derivado de un complejo de [(NHC)-Au(I)] que ha sido preparado mediante el proceso sol-gel. Se ha aplicado con éxito como catalizador [(NHC)Au]+, facilitando transformaciones tales como la transposición de ésteres alílicos o la cicloisomerización de ácidos γ-alquinoicos para dar lugar a enol-lactonas de 5 miembros, permitiendo su reutilización hasta 6 ciclos consecutivos en la última reacción. Además, el material híbrido derivado de sílice muestra un mejor comportamiento catalítico que el análogo homogéneo correspondiente.

En els últims anys, el camp dels sensors i bionsensors ha experimentat un desenvolupament exponencial degut a una combinació de diferents factors. Per una banda, existeixen noves tècniques per a la construcció de microdispositius, i per altra, a les bones característiques intrínseques que aquests dispositius presenten, com son la robustesa, la selectivitat, el baix cost i la rapidesa de resposta. Aquestes característiques els fan molt adequats per a la monitorització de molts paràmetres en camps tan diversos com el mediambiental, el mèdic, l’industrial, etc. Els elèctrodes selectius d’ions (ESIs) són sensors electroquímics que, degut al potencial electrostàtic de la seva membrana quan aquesta està en contacte amb una solució, permeten analitzar quantitativament l’analit al que és selectiva aquesta membrana. La selectivitat ve conferida per una espècie química (ionòfor) que interacciona de forma selectiva amb l’analit a determinar. La consistència física de la membrana, factor que defineix la viabilitat pràctica del sensor, ve determinada pel material emprat en la construcció d’aquesta, habitualment un polímer. Fins al moment, el material polimèric més emprat en la construcció d’ESIs de membrana de portador mòbil ha estat el policlorur de vinil (PVC). Una de les limitacions d’aquest polímer és que la incorporació de material biològic per a la construcció de biosensors no és fàcil degut a l’ús de dissolvents orgànics (normalment tetrahidrofurà). Les proteïnes (enzimes, anticossos) no es dissolen bé en aquests dissolvents, i se n’alteren les propietats, fet que dificulta abastament l’ús del PVC per a la construcció d’aquest tipus de dispositius. En el treball d’investigació presentat en aquesta tesi, s’estudien polímers alternatius al PVC per a la construcció de quimiosensors i biosensors potenciomètrics. Concretament, polímers amb sofre com la polisulfona i la poli(èterètercetona) sulfonada (SPEEK) que, per les seves característiques, s’han considerat que poden ser bons candidats alternatius. S’ha decidit estudiar el SPEEK perquè és un material que, a més de presentar bones característiques físiques per a la construcció de membranes potenciomètriques, té grups amb càrrega negativa que probablement afectaran la resposta del sensor. Així, s’han construït elèctrodes per a un catió (amoni) i per a un anió (nitrat). En tots dos casos la resposta ha estat raonablement correcta, però especialment positiva per a l’ió nitrat ja que la repulsió electrostàtica provocada pels grups sulfònics del polímer ha reduït l’efecte interferent dels anions estudiats. També s’ha estudiat la polisulfona que, a més de subministrar bones membranes potenciomètriques amb ionòfors convencionals per als quimiosensors, permet incorporar material d’origen biològic en l’etapa final de preparació de les membranes mitjançant el procés de precipitació del polímer per inversió de fase des d’una solució aquosa on es troben les biomolècules. D’aquesta manera no en surten malmeses i, per tant, mantenen la seva activitat. Aquesta tècnica no és viable amb el PVC i representa una gran millora en la construcció de biomembranes potenciomètriques. Com a analit model a l’hora de fabricar un quimiosensor per a anions s’ha escollit el nitrat i com a analit model per als cations, el dial.lil dimetil amoni (DADMAC). Aquest últim es va seleccionar per un requeriment d’una empresa química per a una aplicació industrial. Concretament, es volia desenvolupar un sensor per a la determinació de la concentració residual d'aquest monòmer en reaccions industrials de polímers carregats en solució. Finalment, per la major robustesa i temps de vida del ESI amb matriu de PVC, aquest és el que finalment s’ha aplicat en planta. S’han desenvolupat biosensors potenciomètrics amb membranes de polisulfona on s’han incorporat proteïnes dins la membrana polimèrica. Les proteïnes seleccionades són metal·lotioneïnes que són presents a tots els éssers vius i que presenten una elevada capacitat complexant d’ions metàl·lics. Així, per una banda s’han estudiat aquestes metal·lotioneïnes com a ionòfors, i s’ha desenvolupat un elèctrode selectiu de plata per demostrar-ne la viabilitat. Per altra banda, també s’ha construït un biosensor on aquestes proteïnes fan el paper d’agents reconeixedors de les pròpies proteïnes. Aquest darrer estudi obre una nova via pel que fa al disseny de biomembranes potenciomètriques compactes que permetrà desenvolupar sensors potenciomètrics capaços de reconèixer biomolècules carregades sense cap reacció bioquímica. / Over the last years, the field of sensors and biosensors experimented an exponential development due to the combination of several factors. On the one hand, new manufacturing technologies for microdevices have appeared and, on the other hand, the intrinsic characteristics of sensors and biosensors such as robustness, selectivity, low cost and quick response have boosted their development. These characteristics make sensors and biosensors suitable for a wide range of fields such as, inter alia, environmental, medical or industrial. Ions selective electrodes (ISEs) are electrochemical sensors, which by reason of the membrane electrostatic potential when it contacts with the solution, allow the quantitative analysis of an analyte for which the membrane is selective. This selectivity is conferred by a chemical species (ionophore) which interacts selectively with the analyte. The membrane physical consistency, which is the key factor that determines the practical viability of the sensor, is determined by the material used for its construction, usually a polymer. Up to now, polyvinyl chloride (PVC) has been the most common polymeric material used for the construction of ISE membranes of the mobile carrier type. However, one of the limitations of this polymer is the difficulty to incorporate biologic material to generate biosensors. This is due to the use of organic dissolvent - usually tetrahydrofuran. Proteins, enzymes and antibodies, do not solve properly in those organic solvents and they also suffer alterations on their characteristics. Thus, the use of PVC for such devices is not feasible. The research performed for this Ph.D. thesis is aimed at identifying alternative polymers to PVC in order to create potentiometric biosensors and quimiosensors. In particular, the thesis studies polymers containing sulfur such as polysulfone (PS) and sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) since both offer appropriate characteristics to achieve this purpose. SPEEK has been chosen – besides its good physical characteristics for potentiometric membranes- because it bears negatively charged groups, which are likely to influence on the response of the sensor. Two different paradigmatic electrodes have been built: one for a cationic analyte (amonium) and one an anionic analyte (nitrate). In both cases the results have achieved reasonably satisfactory results, especially for the anion-ISE since the electrostatic repulsion due to the sulfonic groups of the polymer reduces the interference effects. Polysulfone has also been tested as a potential candidate for making ISEs. Along with its suitability to construct potentiometric membranes with conventional ionophore for quimiosensors as carriers, this polymer also allows the incorporation of biological material in the final stage by precipitating the polymer through an inversion phase process. This process precipitates the polymer in an aqueous solution containing the desired biomolecules. By these means, biomolecules do not suffer any alteration and do maintain their biochemical activity. This option is not feasible with PVC and represents a great improvement in the construction of potentiometric membranes. Nitrate was chosen as a model analyte for making an anion quimiosensor whereas diallyldimethylammonium (DADMAC) was selected for the cation one. The latter compound was chosen following the requirement of a chemical company to conduct industrial applications, in particular for the determination of residual concentration of this monomer in industrial reactions. Following the analysis, in this case an electrode made with PVC was made on the basis of its robustness and improved life span, properties which are crucial for industrial purposes. Potentiometric biosensors have also been developed using polysulfone as matrix by studying the incorporation of proteins inside the polymeric membrane. The proteins of choice were metallothioneins, a group of proteins that can be found in every living being and which show a high affinity for metallic ions. Accordingly, a silver selective electrode was developed first to prove the feasibility of this strategy and, secondly, a biosensor was made where the metallothioneins act as detecting agent for proteins of the same family. This study provides new opportunities to design compact potentiometric biosensors since it would allow the recognition and quantification of charged biomolecules without any biochemical reaction.