El nombre d’estudis realitzats dins del camp dels macrocicles amb àtoms donadors tous, com el sofre o el fòsfor, és molt inferior en comparació amb els macrocicles que contenen àtoms donadors més durs com l’oxigen o el nitrogen. La tesi presentada estudia diferents macrocicles amb entorns donadors mixtes nitrogen-sofre. La primera part de la tesi presenta la síntesi i caracterització de tres macrocicles que incorporen com a grup rígid intracíclic la unitat 2,2’-bipiridina amb els següents entorns donadors: N2S3 (L1), N4S6 (L2) i N2S4 (L3), comprovant com l’augment de la cavitat macrocíclica permet que la unitat bipiridínica passi de la conformació sin a la conformació anti. La segona part de la tesi presentada és un estudi de les propietats coordinants dels lligands L1 i L3 enfront de Fe (II), Ni (II) i Cu (II). S’han pogut sintetitzar i aïllar 11 complexos i 8 dels quals s’han pogut caracteritzar mitjançant difracció de raigs X. / The chemistry of macrocyclic ligands containing soft donor atoms, such as sulfur or phosphorus, has been less developed than those of their oxygen or nitrogen equivalents. The PhD thesis presented deals with macrocycles containing a mixed nitrogen-sulfur donor set. In the first part, the synthesis and characterization of three macrocycles containing the 2,2’-bipyridine as an intracyclic rigid unit has been studied. L1 that contains an N2S3 donor set, L2 an N4S6 and L3 that contains an N2S4 donor set. It has been verified the different conformational behaviour based on the size of the macrocyclic cavity. In the second part of the PhD thesis, the coordinating properties of L1 and L3 toward Fe (II), Ni (II) and Cu (II) have been studied. 11 complexes have been synthetized and isolated, 8 of which have been characterized by X-ray diffraction.

En la presente disertación han sido tratados el problema de la hipersensibilidad dental y los procesos remin/demin. También han sido desarrolladas nuevas herramientas científicas para la evaluación de la eficacia de los productos dirigidos a la hipresensibilidad y a la prevención de la creación de caries dentales. Además, se han diseñado y llevado a cabo varios experimentos para investigar el estado del tejido dental mediante espectroscopia FTIR sin y con la fuente de sincrotrón. Con el objetivo de desarrollar el material oclusivo adecuado y determinar su eficacia; la porosidad de la dentina debe ser determinada. En la presente tesis doctoral ha sido desarrollada una nueva metodología para la evaluación de la eficacia del tratamiento de la hipersensibilidad dental. Este estudio se ha presentado en la primera parte del trabajo y se basa en la metodología de los discos dentinarios (dentin disc model). Los especímenes tratados con los agentes desensibilizantes han sido observados mediante la Espectroscopia Electrónica de Barrido (SEM). Las imágenes obtenidas han sido analizadas por un algoritmo automático de segmentación, desarrollado para ser usado mediante el software de MATLAB, el cual calcula el número y el área de los túbulos abiertos. Dicho método es una herramienta adecuada para que tanto científicos, como compañías privadas puedan llevar a cabo la supervisión y asistencia de los procesos remineralizantes de los tejidos dentales, o bien para el desarrollo de los nuevos productos focalizados en el problema de la hipersensibilidad dental. Las siguientes partes de la disertación se han enfocado en el problema de los procesos desmineralizantes del tejido dental. En la segunda parte de la tesis doctoral se presenta la implementación de una nueva técnica, la de Hyper Spectral Imaging (HSI) para la evaluación de la eficacia del tratamiento remineralizante. Para el análisis de los dientes humanos antes y después de la remineralización, se ha utilizado principalmente el Hyper Spectral Imaging que implementa dos tipos de cámaras de Infrarrojo Cercano (NIR) (161 y 256 canales); y como método complementario la Microscopía Confocal de Raman (CRM). Los resultados obtenidos han sido detalladamente analizados mediante una rutina de MATLAB desarrollada especialmente para analizar ese tipo de imágenes. El coeficiente de correlación y la técnica de MCR (Multivariate Curve Resolution) han sido utilizados para recabar la información necesaria de los espectros adquiridos. Gracias a su simplicidad, el método puede convertirse en una poderosa herramienta para obtener información sobre los efectos del tratamiento remineralizante aplicado sobre el tejido dental. Durante el proceso de evaluación del nuevo producto dental, ese tipo de información puede ayudar a decidir si el producto es eficaz y compararlo con otros agentes del mismo tipo. En la tercera parte de la presente tesis doctoral la Elipsometría de Infrarrojo (IRSE) y la Elipsometría con la radiación de Sincrotrón han sido escogidos para la determinación de las constantes ópticas del tejido dental humano. Los especímenes dentales han sido tratados con el producto remineralizante y analizados mediante la Elipsometría IR con la radiación de Sincrotrón. Posteriormente, una serie de experimentos y simulaciones han sido llevados a cabo para obtener una muestra de referencia adecuada para la interpretación de los datos obtenidos en el sincrotrón. En la última parte, se han estudiado los cambios de la estructura del esmalte humano y de la dentina producidos por el proceso de la remineralización. Los espectros de varios puntos de los especímenes dentales han sido comparados mediante la técnica FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Los datos obtenidos han sido interpretados aplicando el Análisis de Componentes Principales (PCA) y la deconvolución de los espectros (curve-fitting). Los resultados han sido comparados con las muestras de referencia de hidroxiapatita, fluorapatita y las consideradas en la bibliografía científica. / In presented dissertation a problem of hypersensitivity and remineralization/demineralization problem is treated. A novel, scientific tools for the evaluation of the efficacy of products targeting the hypersensitivity or caries creation were proposed. Moreover, experiments implementing FTIR spectroscopy as well as synchrotron techniques for the dental tissue investigation were performed. In order to design a proper sealing material and to investigate its efficacy, the porosity of the dentine has to be determined. In the present dissertation a novel methodology for the evaluation of the efficacy of the hypersensitivity treatment has been developed. It is presented in the first part of the work and is based on the dentin disc model methodology. Specimens treated with a desensitizing agent were observed under Scanning Electron Microscope (SEM) and the resulting images were analyzed by the MATLAB automatic segmentation algorithm developed to calculate the number and area of the open tubuli. The present method is a suitable scientific tool that will allow scientists and private companies the in vivo monitoring and assistance on the development of new remineralising agents. The comparison of three commercial toothpastes presented in this work showed a successful application of the developed methodology and proved it to be suitable for that kind of comparative studies. The proceeding parts of the presented dissertation were focused on the problem of the demineralization and opposite-remineralisation processes of teeth. In the second part of presented PhD thesis a novel approach implementing the Hyper Spectral Imaging (HSI) technique for the evaluation of the efficacy of the remineralising treatment is presented. Hyper Spectral Imaging (HSI) with two types of NIR cameras (161 and 256 channels) and confocal Raman microscopy (CRM) as a complementary technique were applied for analysis of teeth before and after application of different remineralizing agents. Obtained results were carefully analyzed and compared by the implementation of a MATLAB routine that used the correlation coefficient and MCR data analysis in order to obtain necessary information from the acquired spectra of dental samples. Taking into consideration the simplicity of the presented method it can be a powerful tool to obtain basic information about the performed treatment. In the process of the evaluation of a new dental product, this kind of information can lead to the decision whether to continue the development of the product or to proceed with another, more promising approach. In the third part of the presented dissertation the Infrared Spectroscopic Ellipsometry (IRSE) and synchrotron ellipsometry is proposed for the determination of the optical constants of human dental tissues. Human teeth were treated with the remineralising agent and analyzed with the synchrotron IR ellipsometer. Furtherly, a series of experiments and simulations were performed in order to obtain the most suitable reference sample for the interpretation of the obtained synchrotron data. In the last – fourth part, structural changes in the human enamel and dentin induced by the remineralization process were investigated. The spectra from various points proceeding from different locations of the tooth were compared and studied by the FTIR technique. Obtained data were interpreted applying Principal Component Analysis (PCA) and curve-fitting procedures. Obtained results were compared to the reference hydroxyl and fluorapatite powders and scientific literature.

El objetivo general de la presente investigación es verificar si la moralidad de la audiencia y de los personajes afecta a las respuestas psicológicas del público frente a narrativas cuyos personajes protagonistas son lesbianas, especialmente respecto al disfrute, la apreciación y el realismo percibido. Este estudio aplica una metodología cuantitativa que proporciona evidencias de que las personas menos homofóbicas y con actitudes más positivas sobre la moralidad de las mujeres homosexuales evalúa de manera favorable a la protagonista lesbiana y disfruta más de las narrativas. Asimismo, añade información sobre cómo los conceptos psicológicos de disfrute, apreciación y realismo percibido se relacionan. Por otra parte, validan las siete diferentes escalas utilizadas en el cuasi-experimento que fueron sometidas a dos tipos de análisis factorial: exploratorio y confirmatorio. Finalmente, se reflexiona cómo los resultados de este trabajo pueden ayudar a comprender los fenómenos citados, propuestas futuras y los límites de esta investigación. / The general objective of this research study is to verify whether the morality of the audience and the characters affect the former’s psychological responses to narratives in which the characters are lesbian, especially with respect to enjoyment, appreciation and perceived realism. This study applies a quantitative methodology that provides evidence that people who are less homophobic and have more positive attitudes to the morality of homosexual women evaluate the lesbian character more favourably and enjoy the narratives more. It also offers information about how the psychological concepts of enjoyment, appreciation and perceived realism are related, and validatqes the seven different scales used in the quasi-experiment that were subjected to two types of factorial analysis: exploratory and confirmatory. Finally, it considers how the results of this study might help to understand the aforesaid phenomena, future proposals and the limitations of this research.

Els reactius de iode hipervalent són oxidants eficients en diverses transformacions oxidatives. Kita havia utilitzat el sistema PIFA/BF3·Et2O per assolir acoblaments oxidatius arè-arè. El nostre grup va extendre aquesta metodologia a l’acoblament oxidatiu directe de quatre components (four-component direct oxidative coupling) en el que estaven implicats binaftalè i arens. Seguint amb el nostre interés en aquest tema, en aquesta tesi hem preparat diversos tris-, tetra- i hexanaftalens arilats, compostos que tenen potencial interès en les àrees dels colorants i dels dispositius òptics orgànics. Dins també del tema dels organoiodans hipervalents, Koser havia emprat una quantitat estequiomètrica de PhI(OH)(OTs) en la formació oxidativa d’enllaços C-O. Atès que el reactiu hipervalent reverteix al correspondent iodoarè, el procés fóu millorat posteriorment per Ochiai mitjançant l’ús de quantitats catalítiques de iodurs d’aril en presència d’un oxidant terminal, de manera que les espècies hipervalents es generaven in situ. En aquesta tesi hem desenvolupat iodurs d’aril immobilitzats pel mètode sol-gel com a catalitzadors reciclables en l’α-tosiloxilació de cetones. Inesperadament, una sílica híbrida derivada de (3-iodopropil)trietoxisilà també va mostrar activitat catalítica. A partir d’aquí, posteriors investigacions van revelar que els iodoalcans poden actuar també com a pre-catalitzadors en aquest procés oxidatiu. En presència d’un oxidant (m-CPBA), els iodoalcans experimenten una degradació oxidativa per donar espècies catalítiques inorgàniques (probablement IO— o IO2-- ). La sobreoxidació de l’espècie inorgànica formada in situ produeix la desactivació del catalitzador i la formació d’una nova fase de l’àcid iódic (HIO3), no descrita fins ara, estructura que s’ha resolt ab initio a partir de dades de difracció de raigs-X de pols. Per altra banda, les nanopartícules (NPs) metàl.liques són molt útils en catàlisi degut a les particulars propietats derivades de la seva mida i morfología. Es requereix un agent estabilizant (S) per evitar l’aglomeració de les NPs i controlar la reactivitat en la superfície. En aquesta tesi s’ha dissenyat i sintetitzat un nou estabilitzant amb elevat contingut de nitrogen i cadenes de PEG, per preparar NPs d’or(0) i de rodi(0) solubles en aigua. Variant la relació molar S/Rh es controla la mida i la morfologia de les NPs de Rh(0), des de petits clústers a nanoflowers. Un fenòmen similar s’ha observat en les NPs d’Au(0), on la morfologia varia des de petites esferes fins a nanotadpoles i la mida depèn de la quantitat d’estabilitzant. Els nanomaterials s’han caracteritzat completament. Les NPs de Rh en forma de flor han mostrat bona activitat catalítica en la hidrosililació estereoselectiva d’alquins interns i s’han pogut reciclar fàcilment, mentre que les NPs d’Au són catalitzadors eficients i reciclables en la reducció selectiva de nitroarens a les corresponents anilines en aigua a temperatura ambient. / Hypervalent iodine reagents are known to act as efficient oxidants in a range of oxidative transformations. Kita and coworkers previously used the PIFA/BF3·Et2O system to achieve the dehydrogenative arene-arene coupling. Our group extended this methodology to a direct oxidative coupling of four molecules involving binaphthalene and arenes. Following the group’s work in this field, we have prepared in this doctoral work new arylated tris-, tetra- and hexa-naphthalene oligomers, which constitute compounds of potential interest in the field of dyes and organic optical devices. As a separate topic on hypervalent organoiodanes, Koser et al. used stoichiometric amounts of PhI(OH)(OTs) in the oxidative formation of C-O bonds. Given that the hypervalent reagent reverts to the parent iodoarene, the process was made catalytic by Ochiai using sub-stoichiometric quantities of the aryl iodides in the presence of a terminal oxidant, with the hypervalent species being generated in situ. In this thesis we have developed recyclable sol-gel immobilized aryl iodides for the catalytic α-tosyloxylation of ketones. Unexpectedly, a hybrid silica derived from (3-iodopropyl)triethoxysilane was also catalytically active. Further investigations revealed that, unexpectedly, even iodoalkanes can act as pre-catalysts for this oxidative process. We found that in the presence of m-CPBA, the iodoalkanes undergo an oxidative breakdown to inorganic catalytic species (likely IO-- or IO2--). Overoxidation of the in situ formed inorganic species resulted in catalyst deactivation via the formation of a hitherto unreported phase of the iodic acid (HIO3), whose structure has been solved ab initio from the powder x-ray diffraction data. As a second topic, metal nanoparticles are very useful in catalysis due to the particular properties imparted by their size and morphology. A stabilizing agent (S) is usually required to prevent the agglomeration of the NPs, as well as to control the reactivity at the surface. In this thesis, a new PEG-tagged nitrogen-rich stabilizer has been designed and synthesized to prepare water-soluble Au and Rh NPs. We found that by varying the molar ratio S/Rh, we can achieve size and morphology controllable Rh NPs from small atom clusters to nanoflowers. A similar phenomenon was also found for the gold NPs, with morphologies varying from small spheres to nanotadpoles, the sizes of particles depending on the amount of stabilizer. The nanomaterials have been fully characterized. The flower-like Rh NPs proved to be very effective to catalyze the stereoselective hydrosilylation of internal alkynes and they could be easily recycled. The Au NPs were efficient and recyclable catalysts for the selective reduction of various nitroarenes to the corresponding anilines in water at room temperature.

Este trabajo se centra principalmente en la mejora de las propiedades de los sensores y/o biosensores utilizando nanotubos de carbono y nanopartículas metálicas como plataformas de electrodo. Después de haber considerado varios ejemplos de la literatura, para alcanzar este objetivo se ha decidido integrar las nanopartículas metálicas en la superficie de los nanotubos de carbono para conseguir las ventajas de las propiedades de los dos materiales; por esta razón se han ensayado diversos procedimientos de síntesis de la literatura, y éstos han sido adaptados y optimizados. Esta primera etapa del trabajo tuvo como objetivo encontrar un protocolo sintético fácil y rápido para generar un material nano-híbrido y ha terminado con un protocolo de síntesis eficaz que calificaríamos “one-pot” ya que permite tener el material final deseado sin etapas de purificación intermedias. Por supuesto, el protocolo tiene que modificarse ligeramente dependiendo de las nanopartículas metálicas deseadas. Los materiales nano-híbridos obtenidos se han caracterizado, especialmente a través de microscopía electrónica de transmisión (TEM), pero también a veces con microscopía electrónica de barrido (SEM), después de cada síntesis para verificar si el protocolo estaba funcionando. El siguiente paso ha sido la prueba del material nano-híbrido, aplicándolo a la superficie de un electrodo de epoxy-grafito (mayormente utilizado en nuestro laboratorio) o un electrodo serigrafiado (SPE) para la detección de una biomolécula, tirosina. La prueba mostró resultados notables (Artículo 1), con una clara mejora de la capacidad de detección y la sensibilidad del material nano-híbrido contra el electrodo serigrafiado sin modificación o la modificación con sólo los nanotubos de carbono (sin nanopartículas metálicas). Después de este éxito se prepararon otros materiales nano-híbridos con diferentes nanopartículas metálicas; el objetivo era experimentar en un sistema multi electrodos utilizado en nuestro laboratorio, la lengua electrónica, que se utiliza para la resolución de mezclas de analitos. Un sistema de lengua electrónica no es sólo un conjunto de sensores (que se explicará mejor en la introducción de este trabajo), sino que también necesita una etapa de procesamiento de datos ya que los analitos que participan en el proceso suministran señales similares, por lo que se necesita una interpretación quimiométrica avanzada (en nuestro caso con redes neuronales artificiales). Con el objeto de recoger nuevas variantes, en este caso la utilización de biosensores enzimáticos, parte de este trabajo se ha llevado a cabo en la Universidad de Lund (Suecia), en colaboración con el grupo del Prof. Lo Gorton; de esta manera se ha podido aplicar la parte de procesamiento informático sin tener que preocuparse también de la optimización de los electrodos, ya que en ese grupo ya se habían optimizado los biosensores que podrían ser utilizados para nuestro propósito. Esta colaboración dio lugar a un resultado interesante (Artículo 3 - manuscrito) en los que hemos sido capaces de construir una proof-of-concept de una innovadora lengua bio-electrónica usando variaciones de una enzima específica (celobiosa deshidrogenasa - CDH) como elemento de detección que nunca se había construido antes. El último paso de este trabajo ha sido la integración de los materiales nano-híbridos sintetizados en los sensores para la lengua electrónica utilizada en nuestro laboratorio. Los objetivos de la lengua electrónica han sido los azúcares presentes en bagazo de caña utilizado para la producción de biocombustibles. Los resultados recogidos y la buena predicción del sistema de lengua electrónica han sido excelentes y han sido publicados recientemente (artículo 2), y enseñan una proof-ofconcept de un sistema de trabajo para la resolución de mezclas de azúcares. / This work is mainly focused on the improvement of the properties of sensors and/or biosensors using carbon nanotubes and metal nanoparticles as electrode platform. After having gone through a good amount of literature examples, to reach this goal it has been decided to embed the metal nanoparticles on the carbon nanotubes surface to be able to take advantage of both material properties; for this reason, various synthetic procedures from the literature has been tested, modifying and optimizing them. This first step of the work was aimed to find a facile and quick synthetic protocol to generate a nano-hybrid material and it ended with an effective one-pot synthetic protocol that allows having the final desired material without intermediate purification steps. Of course the protocol has to be slightly modified depending on the desired metal nanoparticles. The obtained nano-hybrid materials have been characterised, especially through transmission electron microscopy (TEM) but also some time with scanning electron microscopy (SEM), after every synthesis to verify if the protocol was working. The next step has been a test of the nano-hybrid material, applying it to the surface of an epoxy graphite electrode (largely used in our lab) or a screen-printed electrode (SPE) for the detection of a biomolecule, Tyrosine. This test showed remarkable results (Article 1) with a clear improvement of the detection ability and sensitivity of the nano-hybrid material against the bare screen-printed electrode or the modification with only carbon nanotubes (without metal nanoparticles). After this success few different nano-hybrid materials have been prepared with different metal nanoparticles with the objective to try them in an electrode array system commonly used in our lab, the electronic tongue system, used for the resolution of mixtures of analytes. An electronic tongue system is not just an array of sensors (this would be better explained in the Introduction of this work), but it also needs a step of data processing since the analytes involved in the process supply very similar results; for this, an advanced chemometric treatment is needed, (in our case using Artificial Neural Networks). With the aim of gathering new variants, in this case the use of enzymatic biosensors, part of this work has been carried out at the Lund University (Sweden) in collaboration with the group of Prof. Lo Gorton; in this way, the computer processing part could be applied without having to worry also of the electrode optimization, since in that group they already had optimized biosensors that could be used for our purpose. This collaboration resulted in an interesting outcome (Article 3 – manuscript) where we have been able to build as a proof-ofconcept a novel bio-electronic tongue with variation of a specific enzyme (cellobiose dehydrogenase – CDH), a sensing element never used before in this manner. The last step of this work has been the integration of the synthesised nano-hybrid materials in the sensors for the electronic tongue used in our lab. The targets of the electronic tongue have been the sugars present in sugarcane bagasse used for the production of bio-fuels. The results collected and the goodness of prediction of the electronic tongue system have been satisfactory and they have been recently published (Article 2), showing a proof-of-concept of a working system for sugar mixtures resolution.

Obtener una alta calidad en la industria farmacéutica es un reto constante que requiere un estricto control y supervisión de los productos manufacturados. La tecnología analítica de procesos (PAT, Process Analytical Technology) propone que esto puede lograrse de una manera óptima y sistematizada mediante el control de calidad en diferentes etapas de manufactura (materias primas, intermedios y producto acabado). La simplicidad y rapidez de la espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS, Near Infrared Spectroscopy) junto con el análisis quimiométrico de datos multivariables ha demostrado su eficacia para la determinación de propiedades físicas y composición química de productos farmacéuticos, y su uso en esta industria se ha incrementado considerablemente en los últimos años. El objetivo de esta Tesis es el desarrollo de métodos NIR para el control de calidad en la industria farmacéutica. Para ello, se propusieron y optimizaron nuevas estrategias de diseño y selección del conjunto de calibración y la mejora de las estrategias de modelado NIR, basado en conceptos como el conocimiento del producto y comprensión del proceso de acuerdo con la filosofía de trabajo PAT. La Tesis consiste en tres casos de estudio de diferentes formulaciones farmacéuticas sólidas. En el primer estudio se evalúan diferentes metodologías para la construcción del conjunto de calibración, y también se propone un nuevo modo de cálculo y adición del espectro. Se evaluó la idoneidad de dichas estrategias para la cuantificación de un principio activo (API, active pharmaceutical ingredient) presente a baja concentración (10 miligramos por gramo). Los principales resultados mostraron la eficacia de esta nueva metodología para el control de calidad de un granulado farmacéutico (producto acabado), y demostró una sobresaliente capacidad en términos de robustez y simplicidad experimental en comparación con otras estrategias evaluadas. El segundo estudio consiste en la optimización del proceso de selección de factores relevantes en la implementación de una metodología novedosa para la preparación del conjunto de calibración. Para ello se calcularon modelos para el control de calidad de una formulación en sus tres etapas de fabricación: polvo, núcleos y comprimidos recubiertos. De los resultados obtenidos en este estudio se confirmó la idoneidad del concepto de espacio del modelo definido por los estadísticos T2 Hotelling y residuales Q para la identificación de muestra anómalas (dentro/fuera del espacio), y para la selección objetiva de los factores a utilizar en la construcción conjunto de calibración. También se corroboró la eficacia del método NIR propuesto para el control de calidad en variadas etapas del proceso. El tercer caso de estudio aborda una problemática en la industria farmacéutica que concierne al análisis NIR de muestras sólidas con tendencia a la segregación de sus componentes. En este estudio se evalúa el área efectiva de escaneado espectral y la representatividad de la porción de muestra analizada. También se propone una alternativa eficaz de análisis por NIR para este tipo de muestras basada en la adquisición de espectros de muestras en movimiento. Los resultados obtenidos en este trabajo confirman la influencia del área escaneada con la representatividad de la muestra analizada y esto, a su vez, a la capacidad predictiva de los modelos de calibración. Este estudio resalta la importancia de la optimización del área de escaneado de superficie previo cálculo del modelo, ya que se confirmó como estos factores influyen en los estadísticos de predicción de los métodos NIR propuestos. Este trabajo presenta una alternativa eficaz para el control de calidad de muestras heterogéneas o con tendencia a segregación. Los métodos propuestos en cada uno de los casos de estudios fueron evaluados de acuerdo con las directrices internacionales y europeas, y representan una contribución a la iniciativa PAT y el desarrollo de metodologías NIR en base a su mejora mediante un mejor conocimiento del producto y una mayor comprensión del proceso. / Accomplish high quality in the pharmaceutical industry is a constant challenge that require strict control and supervision not only from final products but also from all manufacturing steps according to process analytic technologies (PAT) initiative. In recent years, the simplicity and expeditiousness of near infrared spectroscopy (NIRS) together with chemometrics data analysis have substantially fostered its use for the determination of pharmaceutical´s physical and chemical properties. The subject of this thesis is the development of NIR methodologies useful for the quality control for the pharmaceutical industry, proposing and optimizing mainly new strategies for the selection and design of the calibration set and improving NIR methodologies based on product knowledge and process understanding. The thesis consists in three cases of study where different solid pharmaceutical formulations were evaluated. In the first study a new methodology for constructing the calibration set is proposed and its suitability for quantifying an API present in low concentration (10 mg.g-1) was evaluated by comparison with two methodologies broadly known. The main results showed the efficiency and suitability of the calculation ad addition of process spectra methodology for the quality control of a pharmaceutical granulate (final product). This methodology showed an outstanding performance in terms of robustness and operational simplicity in comparison with the other evaluated strategies. The second study consists in the optimization of a novel methodology through the incorporation of statistical parameters for the selection of important factors used, and three calibration models were calculated for the quality control of a formulation in its three manufacturing steps: powder, cores and coated tablets. Based on the results obtained with this study the model space concept was established defined by Hotelling’s T2and Q-residuals statistics for outlier identification – inside/outside the defined space – in order to select objectively the factors to be used in the calibration set construction. Also the efficacy of the proposed methodology for stepwise pharmaceutical quality control was confirmed. This work represented a contribution for the field as a guideline for the implementation of this easy and fast methodology in the pharma industry. A third study case addresses a concern in the pharmaceutical industry regarding samples with tendency of segregation and its analysis by using NIR spectroscopy. In this study the effective scanned area and the sample representativeness is evaluated, and an effective alternative based on spectra acquisition on moving samples is proposed. The results obtained in this work confirmed the influence of the scanned area with the representativeness of the analyzed sample and this, in turn, the performance of the calculated calibration models. This study highlights the importance of the optimization of the surface scanned area since the quality of the methodologies to be developed depends strongly on this factor. This work presents an effective alternative for quality control on samples with tendency to segregate. The proposed methods were evaluated according to the European and international guidelines and represent a contribution to the PAT initiative and the development of NIR methodologies based on its improvement by a better product knowledge and process understanding.

Los (bio)materiales compuestos conductores ((bio)compósitos) han sido en los últimos años, una interesante alternativa en el desarrollo de (bio)sensores amperométricos debido especialmente, a su capacidad de integrar varios materiales de diferente naturaleza, y formar un nuevo material con propiedades físicas, mecánicas y eléctricas muy distintas a los materiales originales que lo constituyen. Los (bio)sensores desarrollados con estos materiales presentan diferentes ventajas analíticas respecto a los conductores puros, que les proporcionan un alto valor añadido como por ejemplo, versatilidad, durabilidad, facilidad de regeneración superficial y de integración, funcionalidad como reservorio de material biológico, etc. Las propiedades eléctricas de los (bio)compósitos y, por tanto, su aplicabilidad analítica, están drásticamente influenciadas por la naturaleza de las partículas conductoras que lo forman, así como, de la cantidad y distribución espacial de las mismas en la matriz del (bio)compósito. Una de las características electroquímicas más importantes que poseen estos materiales, es la similitud en su comportamiento electroquímico respecto a (bio)sensores desarrollados con haces de microelectrodos. La presencia de áreas conductoras separadas por áreas no conductoras en la superficie del electrodo, mimetiza la distribución más o menos ordenada de microelectrodos separados entre sí por un aislante eléctrico. Las características de respuesta de los haces de microelectrodos dependen fundamentalmente, de las dimensiones y separación entre sí de los microelectrodos. De manera, que una apropiada optimización de la separación de las partículas conductoras y de su distribución interna en los (bio)compósitos desarrollados permitiría mejorar la eficacia analítica de los (bio)sensores basados en (bio)compósitos. En el trabajo de investigación presentado en esta tesis, se han implementado un conjunto de técnicas instrumentales que, aplicadas de forma estratégica y sistemática, han permitido la caracterización y optimización de la composición de (bio)materiales compuestos basados en grafito y resina epoxy (Epotek H77), permitiendo el desarrollo de (bio)sensores amperométricos más eficaces. Se ha mejorado la estabilidad y reproducibilidad de la señal, y se ha disminuido los límites de detección de forma significativa aumentando la relación señal/ruido. En primer lugar, se ha caracterizado el material compuesto de partida en función de la composición de grafito-resina presente en el mismo. Se han utilizado diferentes técnicas de caracterización que permiten obtener información de las propiedades eléctricas, electroquímicas y morfológicas del material. Se han construido electrodos compósitos de diferentes composiciones y se han caracterizando usando las técnicas de espectroscopia electroquímica de impedancias, voltamperometría cíclica, microscopia de fuerza atómica con punta conductora, microscopia electrónica de barrido, microscopia láser confocal y amperometría hidrodinámica. La utilización de estas técnicas ha permitido estudiar, el efecto que la incorporación de un tercer elemento de carácter biológico, en el material compuesto, tiene sobre la distribución espacial de las partículas conductoras que forman el biocompósito. La eficacia de estas técnicas ha quedado demostrada en la optimización de la composición (16%-17%) de un biosensor de glucosa modelo, donde la eficacia de la respuesta analítica ha sido superior a los biosensores con un contenido de grafito estándar (20%). Los nuevos criterios de optimización, han sido aplicados a biosensores basados en (bio/inmuno)compósitos, que presentan un interés relevante en aplicaciones analíticas. La respuesta analítica de los nuevos biosensores optimizados, se ha comparado con biosensores basados en el mismo tipo de (bio/inmuno)compósito que contienen un 20% de grafito, y que pueden encontrarse en la bibliografía. Concretamente, se han estudiado un biosensor de acetilcolinesterasa, aplicado a la determinación de pesticidas por inhibición enzimática, y un inmunosensor de inmunoglobulina G aplicado a la determinación indirecta de un antígeno, mediante la detección del correspondiente anticuerpo marcado. En los dos casos, se han obtenido mejoras significativas en la respuesta analítica después de la optimización de la composición del (bio/inmuno)compósito. / The conducting (bio)composites have been in the last years an interesting alternative in the development of amperometric (bio)sensors due to their great capability of integrating different kind of materials and due to the creation of a new material with different physical, mechanical and electrical properties from the originals compounds. The developed (bio)sensors with these materials present different analytical advantages regarding to a pure conductive material, for example, versatility, durability, easy surface regeneration and integration, functionality as a biological material reservoir, etc. The electrical properties of the biocomposites and, therefore, their analytical applicability are directly influenced by the conducting particles nature and the amount and spatial distribution of them inside the biocomposite. One of the most important electrochemical properties of these materials is the similarity of their electrochemical behaviour regarding to a microelectrode array. The presence of conducting areas separated by non-conducting areas on the electrode surface simulates imitate more or less an orderly distribution of microelectrodes separated by an electric insulated. The response characteristics of a microelectrode array depend on the dimensions and the separation between the microelectrodes. So, an appropriate optimization of the distance between the conducting particles and their inner distribution of the developed (bio)sensors will allow improving the analytical efficiency of (bio)sensors based on (bio)composites. In the work presented in this thesis, it has been implemented a group of instrumental techniques that, systematically applied, have allowed the characterization and optimization of (bio)composite materials composition based on graphite and epoxy resin (Epotek H77) and the development of a more efficient amperometric (bio)sensors. This efficiency has become in an improvement of the stability and signal reproducibility and, specially, an increase of the signal-to-noise ratio which has allowed decreasing the detection limits. Firstly, it has been characterized the initial composite material as function of the graphite-resin composition present on it. It has been used different characterization techniques that allow obtaining information about the electric, electrochemical and morphological properties of the material. It has been constructed composite electrodes with different compositions and it has been characterized using electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, current sensing atomic force microscopy, scanning electronic microscopy, confocal microscopy and hydrodynamic amperometry techniques. The use of these techniques has allowed studying the effect of incorporating a third biological compound on the composite material has on the spatial distribution of the conducting particles of the composite. The efficiency of these techniques has been demonstrated in the composition optimization (16%-17%) of a glucose model biosensor, where the analytical response efficiency is higher compared to biosensors with the standard graphite proportion (20%). The new optimization criteria have been applied to composite electrodes based on alternative biological compounds, and the analytical response of the optimized compositions was compared to the one obtained from biosensors with the standard graphite proportions (20%), reported on the literature. Concretely, it has been studied a biosensor with acetylcholinesterase, applied to pesticide determination by means of enzymatic inhibition, and an immunosensor of immunoglobulin G applied to the indirect determination of an antigen by means of the detection of their corresponding labeled antibody. In both cases, it has been obtained an improvement of the analytical response after the composition optimization of (bio/immune)composite.

En els últims anys, a causa de la necessitat de diàgnostics ràpids i de millores en sensat, s’han utilitzat nous elements de reconeixement en biosensors. Un tipus d’aquests nous elements de reconeixement són els aptàmers. Els aptàmers són cadenes sintètiques de ADN o ARN les quals són seleccionades in vitro i tenen la capacitat d’unir-se a proteïnes, ions, cèl.lules, fàrmacs i lligands de baix pes molecular, reconeixent les seves molècules diana amb alta afinitat i especificitat. Diversos biosensors basats en aptàmers, també anomenats aptasensors, han sigut desenvolupats recentment. D’entre totes les tècniques de transducció utilitzades en biosensors, l’Espectrocòpia Electroquímica d’Impedància ha sigut àmpliament emprada como a eina per caracteritzar la superficies de sensors i estudiar esdeveniments en el biosensat en la superficie d’elèctrodes. La característica més important que presenta aquesta tècnica és que no requereix cap espècie marcada per a la transducció, per tant, aquesta tècnica de detecció pot utilitzar-se per dissenyar protocols de detecció directa sense marcatge, evitant assajos més cars i laboriosos. El principal objectiu d’aquesta tesi doctoral va ser el desenvolupament d’aptasensors utilitzant la tècnica electroquímica d’impedància esmentada anteriorment. Per a això, diferents tipus d’elèctrodes van ser utilitzats, tals com elèctrodes de compòsit grafit-epoxi, elèctrodes de biocompòsit grafit-epoxi modificats amb molècules d’avidina i elèctrodes comercials serigrafiats de nanotubs de carboni de paret múltiple. El treball es va dividir principalmente en dues parts d'acord amb la detecció de dues proteïnes diferents. La primera part es va focalitzar en la detecció de trombina. Primer de tot, es van comparar i avaluar diversos aptasensors de detecció directa sense marcatge basat en diferents tècniques d'immobilització dels aptàmers, tals com: adsorció física humida, afinitat avidina-biotina i enllaç covalent mitjançant activació electroquímica de la superfície de l'elèctrode i mitjançant inserció electroquímica. Posteriorment, els elèctrodes de biocompòsit van ser comparats com a plataformes en genosensat i aptasensat. Amb la finalitat d'amplificar el senyal impedimètric obtingut utilitzant elèctrodes de biocompòsit, un protocol sàndwich va ser emprat incloent nanopartícules d'or modificades amb estreptavidina i tractament amplificador de plata. La segona part de l'estudi es va basar en la detecció de citocrom c. Primerament, es va realitzar un simple aptasensor de detecció directa sense marcatge per a la detecció d'aquesta proteïna utilitzant la tècnica d'immobilització d'adsorció física humida. Finalment, i amb l'objectiu d'amplificar el señal impedimètric, es va desenvolupar un assaig tipus sándwich híbrid d’aptàmer i anticòs utilitzant elèctrodes serigrafiats de nanotubs de carboni de paret múltiple. D'aquesta manera, la tesi explora i compara una àmplia gamma de procediments d'immobilització, l'ús de detecció directa sense marcatge o nanomaterial modificat amb biomolècules en diferents protocols directes o d'amplificació, i l'ús de reconeixement directe i sándwich per amplificar la sensibilitat i/o la selectivitat de l'assaig. / In the recent years, due to the need for rapid diagnosis and improvements in sensing, new recognition elements are employed in biosensors. One kind of these new recognition elements are aptamers. Aptamers are synthetic strands of DNA or RNA which are selected in vitro and have the ability to bind to proteins, ions, whole cells, drugs and low molecular weight ligands recognizing their target with high affinity and specificity. Several aptamer-based biosensors, also called aptasensors, have been recently developed. Among all the transduction techniques employed in biosensors, Electrochemical Impedance Spectroscopy has widely used as a tool for characterizing sensor platforms and for studying biosensing events at the surface of the electrodes. The important feature presented by this technique is that it does not require any labelled species for the transduction; thus, this detection technique can be used for designing label-free protocols thus avoiding more expensive and time-consuming assays. The main aim of this PhD work was the development of aptasensors using the electrochemical impedance technique previously mentioned for protein detection. For that, different types of electrodes were used, such as Graphite Epoxy Composite electrodes (GECs), Avidin Graphite Epoxy Composite electrodes (AvGECs) and commercial Multi-Walled carbon nanotubes screen printed electrodes (MWCNT-SPE). The work was divided in two main parts according to the detection of the two different proteins. The first part was focused on thrombin detection. First of all, different impedimetric label-free aptasensors based on several aptamer immobilization techniques such as wet physical adsorption, avidin-biotin affinity and covalent bond via electrochemical activation of the electrode surface and via electrochemical grafting were developed and evaluated. Then, AvGECs electrodes were compared as a platform for genosensing and aptasensing. With the aim to amplying the obtained impedimetric signal using AvGECs, an aptamer sandwich protocol for thrombin detection was used including streptavidin gold-nanoparticles (Strep-AuNPs) and silver enhancement treatment. The second part of the study was based on cytochrome c detection. Firstly, a simple label-free aptasensor for the detection of this protein using a wet physical adsorption immobilization technique was performed. Finally, with the goal to amplify the impedimetric signal, a hybrid aptamer-antibody sandwich assay using MWCNT-SPE for the detection of the target protein was carried out. In this way, the thesis explores and compares a wide scope of immobilization procedures, the use of label-free or nanocomponent modified biomolecules in different direct or amplified protocols, and the use of direct recognition and sandwich alternatives to enhance sensitivity and/or selectivity of the assay

Pendent

La industria farmacéutica necesita disponer de métodos analíticos rápidos y fiables para poder controlar de forma eficiente las diferentes etapas de producción, desde la materia prima, los productos intermedios hasta los productos finales. La irrupción de la iniciativa Process Analytical Technology (PAT) ha impulsado la introducción de modernas técnicas espectroscópicas para realizar la monitorización del proceso de fabricación con el objeto de determinar parámetros críticos de calidad que conduzcan a un mejor conocimiento del producto que puede conducir a la mejora continua. En esta Tesis se realiza el estudio de la aplicación de la Espectroscopia NIR a la determinación de parámetros de interés en la fabricación de comprimidos en la industria farmacéutica con el objeto de proponer nuevas metodologías más rápidas y eficaces que serán alternativas reales a los métodos convencionales y que constituyan un avance en la implantación de PAT. Las etapas de producción de comprimidos que fueron objeto de estudio fueron el mezclado, la granulación y el análisis de parámetros de interés de los comprimidos finales. Se han realizado dos estudios críticos de los distintos métodos cualitativos y cuantitativos, aplicables a la monitorización del proceso de mezclado con el fin de elegir el mejor método para la detección del punto final de mezclado. Se estudian diferentes algoritmos a aplicar a los espectros registrados durante el mezclado que permitan obtener un punto final de mezclado que a su vez asegurará la uniformidad de la dosificación en el comprimido final. El primer estudio se ha realizado usando la espectroscopia NIR y en el segundo se ha realizado un estudio comparativo de los resultados usando los espectros NIR frente a los Raman. Se demuestra que algunos de los procedimiento descritos en la bibliografía no son adecuados para este objetivo, mientras que otros, sencillos y fáciles de desarrollar, proporcionan buenos resultados y aconsejables en esta aplicación. Otro estudio lo constituye la determinación del tamaño de partícula, que es un parámetro importante para asegurar la correcta fluidez de un granulado. Se amplió el estudio con la determinación del principio activo en granulados intermedios del proceso así como en el producto final. Finalmente, se ha establecido un método de determinación de la presión de compactación de los comprimidos. Esta propiedad es importante por su influencia en el test de disolución que será determinante para que el producto pueda ser liberado al mercado. La determinación de la concentración del principio activo (API) en los comprimidos finales tiene por finalidad el asegurar el cumplimiento de especificaciones; este método se ha validado siguiendo las guías ICH y EMA, lo que permite su aplicación en el control analítico del producto acabado en el proceso de producción. Se ha estudiado el desarrollo y optimización de una nueva metodología para desarrollar modelos de calibración que incorporen la variabilidad física producida durante el proceso de fabricación de cada formulación. Este método consiste en la adición de un conjunto de espectros proceso (espectros obtenidos por la diferencia entre los espectros de comprimidos de producción y muestras de laboratorio con la misma concentración nominal) al conjunto de muestras preparadas en el laboratorio como una forma de incorporar los cambios físicos producidos durante cada etapa del proceso de producción de comprimidos. Las metodologías desarrolladas en esta tesis aportan soluciones a situaciones reales de la industria farmacéutica y han demostrado de forma satisfactoria como la espectroscopia NIR puede ser una herramienta para el control de parámetros físicos y químicos del proceso de fabricación de comprimidos, obteniendo adecuadas capacidades predictivas. / The pharmaceutical industry needs to have fast and reliable analytical methods for efficiently controlling each of the different stages of production, from raw materials, intermediate products to finished products. The emergence of the initiative Process Analytical Technology (PAT) has promoted the introduction of modern spectroscopic techniques for monitoring the manufacturing process aimed at determining critical quality parameters that lead to a better understanding of the product and towards continuous improvement. With the goal of propose new methodologies that are real alternatives to conventional methods and also achieve a real advance in the implementation of PAT, in this thesis we study the application of NIR spectroscopy to determine the parameters of interest in the manufacturing process of tablets for the pharmaceutical industry. The stages in the production of tablets which were studied are mixing, granulation and the analysis of parameters of interest of the final tablets. Two critical studies of different qualitative and quantitative methods applicable to the mixing process monitoring were performed in order to choose the best method for detecting the end point of mixing. Different algorithms are studied to be applied to the spectra recorded during the mixing to obtain an end point of mixing, at the same time ensures the uniformity of dosing in the final tablet. The first study was conducted using NIR spectroscopy. The second is a comparative study of the results using the NIR spectra versus Raman. We show that some of the procedures described in the literature are not suitable for this purpose, while other procedures, which are simple and easy to develop, provide good results and are desirable for this application. An additional study is the particle size estimation, which is an important parameter to ensure the proper fluidity of a granulate. This study was expanded with the determination of the active principle in granular intermediate process and in the final product. Finally, we have established a method for the determination of the compaction pressure of the tablets. This compaction property is important for its influence on the dissolution test that will determine that the product can be released to the market. The determination of the concentration of active principle (API) in the final tablets aims to ensure compliance with specifications, this method has been validated following the ICH guidelines and EMA, allowing its application in analytical control of the finished product in the production process. We have studied the development and optimization of a new methodology to develop calibration models that incorporate physical variability produced during the manufacturing process of each formulation. This method consists in adding a set of process spectra (spectra obtained by the difference between the spectra of production tablets and laboratory samples with the same nominal concentration) to the set of samples prepared in the laboratory as a way to incorporate the physical changes during each stage in the production process of the tablets. The methodologies developed in this thesis provide solutions to real situations in the pharmaceutical industry and have successfully demonstrated the ways that NIR spectroscopy can be a suitable tool for controlling physical and chemical parameters within the tablet manufacturing process, obtaining thus adequate predictive capabilities