Orientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientadora: Michelle Leali Costa / Banca: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Roberto Zenhei Nakazato / Banca: Lilia Muller Guerrini / Banca: Luiz Claudio Pardini / Resumo: Neste trabalho, compósitos de poli(sulfeto de fenileno) reforçados com nanotubos de carbono (MWCNT) puros e funcionalizados foram obtidos a partir da técnica de mistura em fusão. Os compósitos nanoestruturados foram caracterizados através de ensaios elétricos, térmicos, mecânicos reológicos e morfológicos. A condutividade elétrica do PPS apresentou um aumento de 11 e 9 ordens de magnitude quando 3,0 e 4,0% em massa de MWCNT puros e funcionalizados foram incorporados na matriz polimérica, respectivamente. Além disso, os limites de percolação elétrica encontrado para esses sistemas foram de 2,1 e 3,6 m/m%, o que sugere a formação de uma rede tridimensional condutora no interior da matriz polimérica. A temperatura máxima de cristalização do PPS apresentou aumentos de 19°C e 13°C devido a incorporação dos reforços puros (p-MWCNT) e funcionalizados (f-MWCNT), respectivamente, evidenciando o efeito nucleante das nanopartículas. A análise dinâmico mecânica mostrou um aumento no módulo de armazenamento e na temperatura de transição vítrea a partir do aumento da concentração de MWCNT, com um incremento maior para o sistema p-MWCNT/PPS. A temperatura máxima de degradação do PPS aumentou 14°C e 6°C devido a incorporação de 4,0 e 2,0% em massa de p-MWCNT e f-MWCNT, respectivamente, sugerindo a formação de sistemas termicamente mais estáveis. O módulo de armazenamento (G') do PPS apresentou um aumento de 2 ordens de magnitude quando 2,0 e 3,0% em massa de MWCNT puros e funcionalizados foram considerados, com a formação de uma estrutura interconectada de nanotubos, destacando o comportamento pseudoplástico das amostras. A formação de uma rede percolada de nanotubos foi atingida para concentrações de 1,5 e 2,3, m/m% em compósitos de p-MWCNT/PPS e f-MWCNT/PPS, respectivamente. As análises de microscopia ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, pristine and functionalized multiwalled carbon nanotubes reinforced poly (phenylene sulfide) composites were successfully obtained by melt mixing technique. The nanostructured composites were characterized by means of electrical, thermal, mechanical, rheological, and morphological methods. The electrical conductivity of neat PPS showed an increase by 11 and 9 orders of magnitude when 3.0 and 4.0 wt% of pristine MWCNT and functionalized MWCNT were incorporated in polymeric matrix, respectively. Moreover, the electrical percolation thresholds found on these systems were 2.1 and 3.6 wt%, suggesting the formation of three-dimensional conductive network within the polymeric matrix. The maximum crystallization temperature of PPS increased by about 19°C and 13°C due the incorporation of pristine (p-MWCNT) and functionalized filler (f- MWCNT), demonstrating the nucleating effect of the nanoparticles. Dynamic mechanical analysis showed an increase in storage modulus and glass transition temperature, due the incorporation of p-MWCNT and f-MWCNT in PPS matrix. However, it is worth to mention that the increment was bigger in p-MWCNT/PPS system. The maximum degradation temperature of PPS increased by about 14°C and 6°C due to the incorporation of 4,0 and 2,0 wt% of p-MWCNT and f-MWCNT, respectively, suggesting the formation of more thermally stable systems. The storage modulus (G') of neat PPS presented an increase by 2 orders of magnitude when 2.0 and 3.0 wt% of pristine MWCNT and functionalized MWCNT were considered, with the formation of an interconnected nanotube structure, indicative of 'pseudo-solid-like' behavior. Percolation networks formed when the loading levels achieve up to 1.5 and 2.3 wt% for the composites with pristine MWCNT (p-MWCNT/PPS) and functionalized MWCNT (f-MWCNT/PPS), respectively. In addition, for ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A proposta do projeto era a imobilização do complexo [RuCl2(PPh3)3] em matriz de nanotubos de carbono pelo ligante 3-piperidinametanol para ser utilizado em reações de ROMP. Para tanto, o trabalho dividiu-se em duas etapas: (1) estudo do complexo [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] e sua atividade na ROMP; (2) imobilização do complexo [RuCl2 (PPh3)3] e estudos de ROMP com o mesmo. Na primeira etapa, o complexo foi caracterizado por análise elementar (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados sugerem um complexo pentacoordenado com os íons cloreto cis-posicionados. A ROMP de norborneno em clorofórmio foi testada na ausência e na presença de diferentes ácidos no meio. Os melhores rendimentos obtidos foram de 93,6% de poliNBE (Mn = 11 x 104 g.mol-1; IPD = 1,8) em reações de 60 min a 50°C, na presença de HCl com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA. Por MEV, observou-se que os polímeros obtidos não apresentaram poros. Por análise de DSC, obteve-se Tg de aproximadamente 36,5°C. Na segunda etapa do trabalho, o composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN) e FT-IR. Foram realizados estudos de lixiviação utilizando-se um sistema de Soxhlet seguido de análise por espectroscopia de absorção atômica. A porcentagem de rutênio lixiviada foi de 26,13%. O composto SWNT-Ru foi utilizado em reações de ROMP de NBE. Em reações de 60 min em diclorometano a 50°C com razão molar [NBE]/[Ru] = 5000 e 5 μL de EDA, o rendimento foi de 72,1%. Os polímeros com CNTs foram analisados por MEV e também não apresentaram poros. Já na análise de DSC, observou-se um aumento na Tg, que foi de 42,5°C. Na tentativa de separar o catalisador ancorado do polímero obtido, testou-se a ROMP em tolueno com concentrações de NBE baixa ([NBE]/[Ru] = 300) e alta ([NBE]/[Ru] = 5000), com adição de etil vinil éter para finalizar a reação. Em nenhum dos casos obteve-se sucesso. Um experimento adicional ao trabalho foi a funcionalização de matriz de grafite com complexo de rutênio. O composto obtido foi caracterizado por análise elementar (CHN), FT-IR e espectroscopia eletrônica na região do UV-vis. Os resultados mostraram que o grafite pode ser funcionalizado e é uma alternativa de matriz de baixo custo para imobilização de complexos de rutênio. / The project aimed the complex [RuCl2(PPh3)3] immobilization in carbon nanotubes by the ligand 3-piperidinemethanol to be used in ROMP. So, this work was divided in two parts: study of the complex [RuCl2 (PPh3)2 (pip-3-MeOH)] and its activity in ROMP; (2) complex [RuCl2 (PPh3)3] immobilization and ROMP studies with it. In the first part, the complex was characterized by elemental analysis (CHN), EPR, FT-IR, RMN 31P{1H} and electronic spectroscopy on UV-vis. The results suggest a pentacoordinated complex with cis-positioned chlorides. The ROMP of norbornene in absence and presence of different acids was tested. The best yield was 93,6% ((Mn = 11 x 104 g.mol-1; PDI = 1,8) of poliNBE in reactions of 60 minutes at 50°C in the presence of HCl with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA. By SEM, it was observed that polymers obtained didn\'t showed pores. For DSC analysis, Tg was approximately 36,5°C. In the second part of the work, the obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN) and FT-IR. Leaching studies with a Soxhlet system were performed, followed by analysis by atomic absorption spectroscopy. The percentage of leached ruthenium was 26,13%. The SWNT-Ru was used in ROMP of NBE. In 60 minutes reactions in dichloromethane at 50°C with a molar ratio [NBE]/[Ru] = 5000 and 5 μL of EDA, the yield was 72,1%. The polymers with CNTs were analyzed by SEM and also showed no pores. In DSC analysis, an increase in Tg was observed, which was 42,5°C. In attempting to separate the catalyst from the polymer obtained, ROMP in toluene was tested with low (NEB]/[Ru] = 300) and high ([NBE]/[Ru] = 5000) concentrations, with addiction of ethyl vinyl ether to complete the reaction. None of them was successful. An additional experiment was the functionalization of graphite matrix with ruthenium complex. The obtained compound was characterized by elemental analysis (CHN), FT-IR and electronic spectroscopy in the UV-vis region. The results showed that the graphite can be functionalized and is an alternative low-cost matrix for immobilization of ruthenium complexes.

Nos últimos anos, a utilização de nanotubos (Nts) de dióxido de titânio (TiO2) têm atraído interesse tecnológico e científico de forma significativa devido às suas propriedades únicas, tais como grande área de superfície específica, alta capacidade de absorção e apresentam excelentes atividades fotoeletroquímicas e um meio para melhorar essas propriedades está relacionada ao controle da morfologia dos Nts durante a sua sintetização no processo de anodização. O objetivo desse estudo é avaliar a influência do potencial aplicado durante o processo de anodização para obtenção de Nts de TiO2, tendo em vista a utilização desses nanotubos como catalisador fotoeletroquímico. Para que houvesse a cristalização do óxido, realizou-se tratamento térmico a 400 °C ao ar, durante 3 h com taxa de aquecimento de 10 °C / min. Analisou-se a relação do potencial aplicado durante o processo de anodização com a morfologia dos nanotubos e a sua resposta fotoeletroquímica. As caracterizações foram realizadas através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG), difração de raios X (DRX), espectrofotometria no ultravioleta visível (UV-VÍS), voltametria linear e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE).Observou-se que o potencial de anodização exerce influência na geometria do nanotubo, isto é, no comprimento, na espessura da parede e no diâmetro, alterando a absorção de luz e, consequentemente, o desempenho fotoeletroquímico das amostras. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram pouca diferença na resistividade das amostras estudas. Contudo, as correntes desenvolvidas no ensaio de voltametria linear, indicaram que a amostra Nt30 é um fotoeletrodo promissor para formar heteroestruturas baseado em nanotubos de dióxido de titânio. / In recent years, the use of TiO2 nanotubes (Nts) has attracted technological and scientific interests in a significant way due to its unique properties, such as large specific surface area, high absorption capacity and excellent photoelectrochemical activities. One way to improve these properties is to control the nanotubular morphology during its synthesis through the anodizing process. The objective of this study is to evaluate the influence of the applied potential during the anodization process to obtain titanium dioxide (TiO2) nanotubes and applying these nanotubes as a photoelectrochemical catalyst. In order to crystallize the Nts, heat treatment was carried out at 400 ° C in air for 3 h at a heating rate of 10 ° C / min. The effect of the applied potential during the anodizing process on the morphology of the nanotubes and their photoelectrochemical response were analyzed. The characterization was carried out using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), visible ultraviolet spectrophotometry (UV-VIS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). It was observed that the anodization potential influences the geometry of the nanotubes, that is, their length, wall thickness and diameter, altering their light absorption properties; consequently, influencing the photoelectrochemical performance of the samples. The results obtained from the electrochemical impedance spectroscopy showed a slightly small difference in the charge transportation resistance of the studied samples. However, the currents developed in the linear voltammetry tests indicated that the Nt30 sample is a promising photoelectrode to apply for other applications such as heterostructures and cationic/anionic doped structures based on titanium dioxide nanotubes.

O objetivo do presente trabalho foi a fabricação de micro e nanotubos de silício através de métodos eletroquímicos, utilizando como material de partida o silício poroso. Os resultados obtidos durante o desenvolvimento deste trabalho apresentam contribuições significativas nos campo da micro e nanotecnologia, bem como no campo da eletroquímica do silício. Esses resultados mostraram que a formação dos microtubos é sensível às variações do pH, tipo e concentração dos oxidantes, tempo de corrosão, espessura das camadas porosas e tratamento prévio da superfície polida das amostras com alumínio e posterior recozimento térmico. A análise estrutural, via microscopia eletrônica de varredura (MEV), mostra que os microtubos de silício (MTS) podem ser formados em valores de pH entre 5,5 a 7,5, dependendo do tipo e concentração dos oxidantes. A análise da composição química dos MTS, realizada mediante a espectroscopia por dispersão de energia (EDS). Os resultados da espectroscopia Raman indicaram que as estruturas são tubos de Silício, cuja estequiometria é a mesma que a do cristal de Silício. Foi demonstrada a possibilidade de formação de microtubos metálicos através do controle das condições químicas e eletroquímicas da solução, utilizadas na formação das estruturas tubulares de silício. A condição da solução eletroquímica com nível de pH 6,5 permitiu formar microtubos de níquel, enquanto que estruturas tubulares de manganês foram obtidas em soluções com nível de pH 7,5. Em ambos os casos, foram utilizados agentes oxidantes originados de sais de níquel e manganês, respectivamente. Os resultados indicam que o processo de formação destas estruturas acontece por efeito do deslocamento galvânico. Os resultados apresentados neste trabalho são completamente inéditos e mostram-se vantajosos em relação àqueles reportados na literatura, já que estes últimos são obtidos mediante processos de alto custo que requerem sofisticados equipamentos, enquanto os microtubos de silício obtidos mediante técnicas eletroquímicas, aqui usadas, são de baixo custo e fácil montagem. / The aim of this work was to fabricate micro and nanotubes of silicon, through electrochemical methods and using the porous silicon as starting material. The results achieved during the development of this work present significant contributions into the micro and nanotechnology field, as well as in the silicon electrochemistry field. The obtained results have shown that the formation of the microtubes is sensitive to variations of pH, type and concentration of the oxidants, time of corrosion, thickness of the porous layers, and previous treatment of the polished silicon surface with aluminum and subsequent thermal annealing. The results of the structural analysis by scanning electron microscopy (SEM) show that the silicon microtubes can be formed at pH values ranging between 5,5 and 7,5, depending on the type and concentration of the oxidants. The chemical analysis upon the composition of these silicon tubular structures was carried out by Energy Dispersion Spectroscopy (EDS). Raman spectroscopy results indicated that the tubular structures are silicon tubes, whose stoichiometric structure is similar to the silicon crystal. The possibility of formation of metallic microtubes, just by controlling the chemical and electrochemical conditions of the etching solution used to form the silicon tubular structures was shown. The electrochemical condition of the solution with level of pH 6,5 allowed the formation of nickel microtubes structures, and the formation of manganese tubular structures was obtained in solutions with pH of 7,5. In both cases there have been used oxidants agents originated from nickel and manganese salts, respectively. The results indicate that the formation process of these metallic structures happens by a galvanic displacement process. The results presented in this work are completely unpublished and reveal advantageous in relation to those reported in literature because these last ones are obtained by using high cost processes which require sophisticated equipment, while the silicon microtubes obtained by electrochemical techniques used in the present work are of low cost and of easy assembly.

A proposta deste trabalho é a produção de matrizes de nanotubos de dióxido de titânio seguindo os métodos de anodização eletroquímica de titânio estabelecidos da literatura. O objetivo central é a compreensão aprofundada das etapas do processo de crescimento dos nanotubos de TiO2, para posterior otimização de sua síntese visando as diferentes aplicações. Com este propósito foram realizados sistematicamente os seguintes estudos: das diferentes fases de crescimento dos nanotubos de TiO2, do efeito dos diferentes parâmetros de anodização na morfologia dos nanotubos e da reprodutibilidade dos processos. Visando as diferentes aplicações foram estudados métodos para obtenção de membranas autossustentadas e remoção de nanoresíduos. O método de camada sacrificial de fotoresiste positivo apresentou melhor resultado para remoção de nanoresíduos do topo dos nanotubos de TiO2 do que as demais técnicas. Por último, os arranjos obtidos com esta método foram aplicados na fabricação dos sensores de pH. / This work proposes the production of titania nanotubes arrays following the electrochemical anodization methods of a titanium sheet established in the literature. The main goal is a deep comprehension of the different TiO2 nanotubes growth stages for further optimization aiming the diverse applications. In this way the following systematic studies were performed: of the initial growth stages, of the effect of each anodization parameter on the nanotubes morphology and of the process reproducibility. In addition, methods for the production of self-sustained membranes as well as for obtaining a nanotube array surface free of nanoremnants were studied aiming the different applications. Positive photoresist bases sacrificial layer method presented a better result to eliminate nano-remnants on top of TiO2 nanotubes than other techniques. Finally, the nanotubes arrays obtained with this method were utilized for pH sensors fabrication.

O câncer de pele, no Brasil, é responsavel por 25% de todos os tipos de câncer. Uma alternativa aos tratamentos usuais é a Terapia Fotodinâmica (TFD). Os processos fotodinâmicos em geral dependem da retenção de um composto fotossensível nos tecidos alvos e posterior irradiação com luz visível em comprimento de onda adequado. Após ativação, o fármaco tranfere energia para outras moléculas do meio, podendo gerar espécies como o oxigênio singlete (1O2) , radicais livres (O2,OH) e outras espécies reativas de oxigênio (EROs), essas, são responsáveis pelo processo fotooxidativo e indução da morte celular. Neste trabalho, o fármaco fotossensível NzPc (uma ftalocianina) foi estudado para verificar se suas características fotofísicas e fotoquímicas são adequadas a TFD, e, em seguida, foi associado a nanotubos de carbono de parede múltipla (NTCPM) funcionalizados com o tensoativo Pluronic F-127. Esse sistema de liberação de fármaco desenvolvido, foi caracterizado através de ensaios in vitro nas linhagens de melanoma de rato B16-F10 e carcinoma humano OSCC . O sistema NzPc/NTCPM/PF-127 apresentou atividade fotodinâmica superior ao fármaco na forma livre, possibilitando, maior interiorização do fármaco nas linhagens celulares e maior morte celular após irradiação. / Skin cancer in Brazil are responsible for 25% of all cancers. An alternative to the usual treatments is photodynamic therapy (PDT). Photodynamic processes in general depend on the retention of a photosensitive compound in target tissues and subsequent irradiation with visible light at an appropriate wavelength. After activation, the drug, transfer energy to other molecules of the medium, which can generate species reactivate such as singlet oxygen (1O2), free radicals (O2 , OH) and other reactive oxygen species (ROS), these are responsible for photo-oxidative process and induction of cell death. In this work, NzPc photosensitive drug (a phthalocyanine) was studied to see if their photophysical and photochemical characteristics are suitable for PDT, and then was associated with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) functionalized with surfactant Pluronic F-127. This drug delivery system developed was characterized by in vitro assay on strains of mouse melanoma B16-F10 and carcinoma human OSCC. The system presented NzPc/NTCPM/PF-127 photodynamic activity than the drug in the free form, enabling greater internalization of the drug in cell and increased cell death after irradiation.

O estudo e conhecimento do magnetismo é muito importante para a nossa sociedade, devido ao grande número de aplicações que envolvem as propriedades magnéticas. Por isso, umas das problemáticas vigentes em física do estado sólido é o estudo, conhecimento e controle deste tipo de propriedades em diferentes tipos de materiais, dentre os quais encontramse materiais de dimensões nanométrica como nanofios e nanotubos. No presente trabalho temos como objetivo a realização de estudos sobre propriedades magnéticas tais como anisotropia e magnetização em sistemas formados por nanofios de Ni eletrodepositados em alumina nanoporosa, e nanotubos de NiB crescidos em membrana porosa de policarbonato. A caracterização microestrutural das amostras de nanofios de Ni foi realizada por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução. Os resultados mostraram que os nanofios de Ni tinham diâmetros de aproximadamente 60nm, são policristalinos com estrutura predominante fcc, embora também foram encontrados grãos minoritários de estrutura hcp. O tamanho de grão esteve na faixa entre 5 e 15 nm, aproximadamente. Por outro lado, os nanotubos de NiB estavam formados por uma liga amorfa de composição Ni80B20, com a presença de uma porção minoritária de pequenos cristalitos de NiB. Os nanotubos tinham comprimentos de 20 ?m aproximadamente, diâmetro externo de 400 nm e espessuras das paredes na faixa entre 50 e 160 nm. Todas as amostras foram caracterizadas magneticamente a partir de medidas de ciclos de histerese, curvas de remanências isotérmica e desmagnetizante (para a obtenção de curvas ?M) e curvas de inversão de primeira ordem (para o cálculo das distribuições FORC). Um novo modelo fenomenológico para estudar anisotropias, desenvolvido em nosso grupo de pesquisa, permitiu a determinação das constantes de anisotropias K1 (constante de anisotropia magnetocristalina de segunda ordem) e Ku (constante de anisotropia uniaxial) nos sistemas de nanofios de Ni. Os resultados mostraram que a constante de anisotropia K1 cresce conforme aumenta o comprimento dos nanofios, ficando próximo e até superior ao valor correspondente ao Ni massivo. O processo de nucleação e propagação de paredes de domínios transversais foi confirmado como mecanismo de inversão da magnetização nos nanofios, por meio da aplicação de um modelo analítico que determina o campo de nucleação do sistema. A importância das interações dipolares no comportamento magnético global destes sistemas foi evidenciada pela determinação das curvas ?M e das distribuições FORC. No caso dos nanotubos de NiB foi determinado que o mecanismo de inversão da magnetização corresponde à nucleação e propagação de vórtices, como acontece em outros sistemas similares. No entanto, foi observado que a espessura da parede do tubo tem um papel importante, porque foi verificado que a coercividade dos nanotubos decresce se a parede deles é suficientemente grossa em comparação com o tamanho de parede de domínio do Ni. Também para estes sistemas, as curvas ?M e das distribuições FORC mostraram a predominância de interações desmagnetizantes. / The study and knowledge of magnetism is very important for our society, due to the large number of applications involving magnetic properties. Therefore, one of the current problems in solid state physics is the study, knowledge and control of this type of properties in different types of materials, among which are materials of nanometric dimensions such as nanowires and nanotubes. In the present work, we have carried out studies on magnetic properties such as anisotropy and magnetization in systems formed by Ni nanowires electrodeposited in nanoporous alumina, and NiB nanotubes grown in polycarbonate porous membrane. The microstructural characterization of Ni nanowire samples was performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, atomic force microscopy and high resolution transmission electron microscopy. The results showed that Ni nanowires had diameters of approximately 60 nm, are polycrystalline with predominant fcc structure, although a minor fraction of hcp structure was also found. The grain size was in the range between 5 and 15 nm, approximately. On the other hand, the NiB nanotube samples were formed by an amorphous alloy of Ni80B20 composition, with the presence of a minor portion of small NiB crystallites. The nanotubes had lengths of approximately 20 µm, external diameter of 400 nm and wall thicknesses in the range of 50 to 160 nm. All the samples were magnetically characterized by measurements of hysteresis cycles, isothermal and demagnetizing remanence curves (to obtain ?M curves) and first-order reversal curves (for calculating FORC distributions). A new phenomenological model to study anisotropies, developed in our research group, allowed the determination of the anisotropy constants K1 (second order magnetocrystalline anisotropy constant) and Ku (uniaxial anisotropy constant) in the Ni nanowire systems. The results showed that the anisotropy constant K1 increases as the nanowire length increases, being close to and even higher than the Ni bulk value. The process of nucleation and propagation of transverse domain walls was confirmed as the mechanism for magnetization reversal in nanowires. This result as obtained by applying an analytical model that determines the nucleation field of the system. The importance of the dipolar interactions on the global magnetic behavior for these systems was evidenced by the determination of the ?M curves and the FORC distributions. In the case of NiB nanotubes, it was determined that the magnetization reversal mechanism corresponds to the nucleation and propagation of vortices, as in other similar systems. However, it has been observed that the wall thickness of the tube plays an important role because it has been found that the coercivity of the nanotubes decreases if their walls are thick enough compared to the Ni domain wall size. Also, for these systems, the ?M curves and the FORC distributions showed the predominance of demagnetizing interactions.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Complutense de Madrid. 2009

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Microorganisms are present in a variety of sources, including food, water, animals, environment as well as the human body. They can be harmless or harmful. The latter is also called pathogenic and their detection is extremely important due to health and safety reasons. It is well known that food contaminated with bacteria can produce a number of foodborne diseases. As a consequence, thousands of euros are invested each year in medical treatments trying to keep the population healthy. There are more than 250 known foodborne diseases. For example, outbreaks of salmonellosis have increased in many countries in the last decades being Salmonella Infantis one of the most important etiological agents associated with this enteric disease. Moreover, due to the wide distribution of the microorganisms, they can also contaminate foods in the field as well as during the storage stage. In that sense, filamentous fungi are one of the etiological agents responsible for most post-harvest food spoilage producing quality losses and economic devaluation. On the other hand, the invasive fungal infections due to yeast have risen considerably in recent years. Candidiasis is the so-called disease produced by Candida albicans. This is an opportunistic infection that affects immunocompromised patients requiring costly treatment with advanced medicine. Several methods have been proposed so far to detect pathogenic microorganisms. Conventional culture is highly selective and sensitive but they also require several days to yield the results. To simplify and automate the identification of both bacteria and fungi rapid biochemical kits have been developed. Although the results obtained with these kits are comparable to the traditional biochemical tests they also need 1 or 2 days to obtain results. Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) can be applied for the direct identification of pathogenic microorganisms in real samples. This immuno-based method has been widely used in both food and the medical sector with high sensitivity. Nevertheless, the main disadvantage of this method is that it can also be time-consuming because a pre-enrichment of the sample is often required in order to achieve low limits of detection. As a consequence, many researchers have addressed their efforts towards the development of alternative methods to allow the rapid detection of pathogens. Molecular biology-based methods, specifically polymerase chain reaction (PCR) and real-time PCR are nowadays the most common tools used for pathogen detection. They are highly sensitive and allow the quantification of the target. In addition, microarray platforms of DNA have been developed in order to analyse hundreds of targets simultaneously. However, this technique is costly and reagent-consuming. The introduction of biosensors has brought new alternatives in pathogenic detection. Biosensors are the most used tools in pathogenic detection after PCR, culture methods and ELISA. They provide rapid results after the sample has been taken. However, their real application lies in achieving selectivities and sensitivities comparable to the established methods and at low cost. Since carbon nanotubes (CNTs) were discovered by Iijima, many papers have reported their unique electronic and optical properties which, together with their size, make these nanostructures interesting materials in the development of biosensing platforms. Their very high capacity for charge transfer between heterogeneous phases makes them suitable as components in electrochemical sensors. The electrical conductivity of the CNTs is highly sensitive to changes in their chemical environment and, as a result, they have been successfully applied in the study of molecular recognition processes. An approach for the direct electrical detection of biomolecules integrates CNTs as transducer elements within a field-effect transistor (FET) configuration. The main advantages of this kind of configuration lies in that the conducting channel is usually located on the surface of the substrate and as a result, they are extremely sensitive to any change in the surrounding environment. Moreover, CNTFET devices can operate at room temperature and in ambient conditions. At the beginning of this research (2006) electrochemical CNTFETs based on single walled carbon nanotubes had not been applied to detect bacteria or fungi. Only the interaction between CNTs and bacteria had been explored, but without sensing purposes. Therefore, this thesis reports the first CNTFET devices applied to the detection of pathogenic microorganisms. First, the background and the introduction containing the state of the art are presented covering relevant investigations made in the last years. Next, the main analytical methods are described. These descriptions involve detailed information of all procedures, analytical tools and materials used throughout this research work. In the following chapters, the application of the CNTFETs for the determination of bacteria, yeast and moulds is presented throughout the scientific articles published along the development of the thesis. Briefly, the first device developed was applied to the detection of Salmonella Infantis in a simple matrix (0.85 % saline solution) and it was proven for first time, that this kind of sensor was able to detect, at least, 100 cfu/mL of the bacteria in just one hour with high selectivity. Subsequently, we enlarged the application field to other types of microorganisms: Candida albicans. In this study we improved not only the detection limit of the devices to 50 cfu/mL but also we proved the selectivity of the CNTFETs against possible interference that can be present in real samples like serum proteins. Finally, the devices were applied to the detection of the mould Aspegillus flavus in real samples. In this assay the response time was 30 minutes and a high sensitivity (10 µg of A. flavus / 25 g of rice) was obtained. As the final chapters, general conclusions extracted from the overall work and annexes are reported. It can be stated that nanomaterials displaying extraordinary properties like carbon nanotubes can be combined with biological entities to obtain highly sensitive and selective biosensors able to detect bacteria, yeasts and moulds in a very short time. In future work, other performance parameters such as, long term stability, robustness and reusability must be studied further and contrasted with standard methods before thinking of the commercialization of the devices. / Los microorganismos están presentes en una gran variedad de orígenes, incluyendo alimentos, agua, animales, medio ambiente también como en el propio cuerpo humano. Estos pueden ser beneficiosos o perjudiciales. Los microorganismos perjudiciales reciben el nombre de patógenos y su detección es de gran importancia por razones de salud y seguridad. Es bien conocido que los alimentos contaminados con bacterias pueden producir cierto número de enfermedades. Como consecuencia de esto, miles de euros se invierten cada año en tratamientos médicos para mantener la salud de la población. Existen más de 250 enfermedades transmitidas por alimentos. En las últimas décadas se ha incrementado por ejemplo, la incidencia de brotes de salmonelosis en muchos países, siendo Salmonella Infantis uno de los agentes etiológicos más importantes asociados con la producción de esta enfermedad entérica. Debido a la amplia distribución de los microorganismos, estos pueden llegar también a contaminar alimentos durante su cultivo como durante la fase de almacenamiento. En este sentido, los hongos filamentosos son en gran parte los agentes etiológicos responsables del deterioro de alimentos después de la cosecha produciendo pérdidas en la calidad y devaluación económica. Por otra parte, las infecciones fúngicas invasivas producidas por levaduras han aumentado considerablemente en los últimos años. Candidiasis, es la enfermedad producida por Candida albicans. Esta es una de las infecciones más comunes que afectan pacientes inmunocomprometidos requiriendo tratamientos de elevado coste. Se han propuesto varios métodos hasta la fecha para la detección de microorganismos patógenos. El cultivo es el método de referencia utilizado para la detección y cuantificación de bacterias. Tiene la ventaja de ser altamente selectivo y sensible pero tiene el inconveniente de requerir varios días para obtener un resultado. Para simplificar y automatizar la identificación de bacterias y hongos se han desarrollado kits bioquímicos rápidos. Aunque los resultados obtenidos usando esta clase de kits son comparables a las pruebas bioquímicas tradicionales, también 1 o 2 días son requeridos para la obtención de resultados. El enzimoinmunoensayo ("Enzyme Linked Immunosorbent Assay", ELISA) es un método immunológico de gran sensibilidad que se utiliza ampliamente para detectar y cuantificar microorganismos patógenos, tanto en el sector médico como en el alimentario. Sin embargo, su principal desventaja es que a veces el tiempo de análisis puede aumentar considerablemente, específicamente cuando se realizan etapas de pre-enriquecimiento de la muestra para disminuir el límite de detección. Como consecuencia, muchos investigadores han dirigido sus esfuerzos hacia el desarrollo de métodos más rápidos. Los métodos basados en el uso de la biología molecular, específicamente la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la PCR en tiempo real, son hoy en día las herramientas más comúnmente usadas para la detección de patógenos. Estas técnicas son altamente sensibles y permiten la cuantificación del patógeno. Adicionalmente, se han desarrollado chips con plataformas de DNA para analizar cientos de patógenos simultáneamente. Sin embargo, esta técnica es costosa y requiere el uso de muchos reactivos. La introducción de los biosensores ha contribuído a generar nuevas alternativas para la detección de patógenos. Los biosensores son las herramientas más usadas en la detección de patógenos después de la PCR, los métodos convencionales y el ELISA. Tienen la ventaja de proporcionar respuestas rápidas entre la toma de muestra y la obtención de los resultados. No obstante, el reto para su aplicación en muestras reales radica en alcanzar selectividades y sensibilidades comparables a los métodos convencionales ya establecidos y a un costo económico reducido. Desde que Iijima descubrió los nanotubos de carbono (CNTs) se han publicado numerosos trabajos sobre sus excelentes propiedades electrónicas y ópticas, las cuales, en conjunción con su tamaño, hacen de estas nanoestructuras materiales interesantes en el desarrollo de plataformas de biodetección. Los CNTs presentan una gran capacidad de transferencia de carga entre estructuras heterogéneas. Ello les confiere una gran utilidad en la elaboración de sensores de tipo electroquímico. Su conductividad eléctrica varía de forma muy acusada con cambios en su ambiente químico y, como resultado, se han aplicado con éxito en el estudio de procesos de reconocimiento molecular. Una metodología para la detección directa de biomoléculas integra los CNTs como elementos transductores dentro de una configuración de transistor de efecto campo (FET). Las principales ventajas de esta clase de configuraciones radican en que el canal conductor se localiza sobre la superficie del substrato y, como resultado, es altamente sensible a cualquier cambio en el medio ambiente. Además, los CNTFETs pueden operar a temperatura y, humedad ambientales. Al inicio de esta tesis (2006), todavía no se habían aplicado los CNTFETs basados en nanotubos de carbono monocapa a la detección de bacterias y hongos. Sólo se había estudiado la interacción entre los CNTs y bacterias, pero sin el objetivo de detección. Por tanto, esta tesis aporta los primeros CNTFETs aplicados a la detección de microorganismos patógenos. En primer lugar, se presentan los antecedentes y la introducción, donde se realiza una revisión crítica y actualizada de los métodos e investigaciones más relevantes para detectar microorganismos patógenos. Posteriormente, se incluye un capítulo con la información detallada de todos los procedimientos experimentales, herramientas analíticas y materiales utilizados a lo largo del trabajo de investigación. En los siguientes capítulos, se presenta la aplicación de CNTFETs en la determinación de bacterias, mohos y levaduras mediante artículos científicos publicados a lo largo del desarrollo de la tesis. Brevemente, el primer dispositivo desarrollado se aplicó a la detección de Salmonella Infantis en una matriz simple (solución salina 0.85 %) y se comprobó por primera vez que esta clase de sensores eran capaces de detectar al menos 100 ufc/mL de la bacteria en tan solo una hora con alta selectividad. Seguidamente, se amplió el campo de aplicación a otro tipo de microorganismo, Candida albicans. En este estudio, se mejoró no sólo el límite de detección de los dispositivos a 50 ufc/mL sino que también se mejoró la selectividad de los CNTFETs frente a posibles interferentes que pueden estar presentes en muestras reales, tales como proteínas séricas. Finalmente, se aplicaron los dispositivos a la detección del moho Aspergillus flavus en muestras reales. En este ensayo, el tiempo de respuesta fue de 30 minutos y se obtuvo una buena sensiblidad (10 µg de A. flavus / 25 g de arroz). Como parte final de la tesis, se presentan las conclusiones generales extraídas a lo largo del trabajo completo junto con los anexos. Puede concluirse que, gracias a las propiedades únicas de los nanotubos de carbono, dichos nanomateriales pueden combinarse con entidades biológicas (como los anticuerpos) para obtener biosensores altamente sensibles y selectivos capaces de detectar bacterias, levaduras y mohos en un tiempo de análisis muy reducido. Como trabajo futuro, se deberán estudiar otros parámetros de calidad de los dispositivos tales como la estabilidad a lo largo del tiempo, la robustez o su reutilización con el fin de contrastarlos con los métodos estándar antes de poder iniciar la comercialización de este tipo de sensores.