| Data: |
2025 |
| Resum: |
Els nanobiosensors es consideren avui dia dispositius analítics essencials que estan redefinint camps com la medicina de precisió i el monitoratge ambiental. A mesura que aquestes tecnologies es tornen més sofisticades, sorgeix la necessitat urgent de mètodes de fabricació de sensors simples, personalitzables i de baix cost, que siguin accessibles i fàcils d'utilitzar fins i tot en entorns amb recursos limitats. Diversos laboratoris han explorat mètodes de fabricació de biosensors de baix cost i baixa complexitat, desenvolupant processos més democràtics per facilitar els avenços en biosensat, així com una transició més ràpida i senzilla cap al mercat i l'usuari final. Entre els enfocaments emergents, la impressió per injecció de tinta permet la producció escalable i econòmica de sensors. Aquest mètode de fabricació, altament versàtil, pot utilitzar diferents tipus de tintes - conductores, dielèctriques i aïllants - i diversos tipus de substrats. Els enfocaments "Plug and Print" són especialment atractius, basats en impressores domèstiques per a la fabricació de transductors electroquímics, destinats finalment a aplicacions de biosensat. Aquest enfocament combina la simplicitat dels equips d'oficina - una impressora d'injecció de tinta, una impressora de cera i una plastificadora - amb una acurada selecció de materials i mètodes. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és descriure el desenvolupament i la caracterització d'un flux de treball de fabricació sense sala blanca per a elèctrodes nanoestructurats utilitzant equip domèstic, i validar els dispositius optimitzats per a la detecció electroquímica basada en ADN de diferents biomarcadors associats a aplicacions rellevants en el camp de la salut. El Capítol 1 ofereix una introducció general als biosensors electroquímics, amb un enfocament especial en la detecció basada en àcids nucleics. Es discuteixen els principis dels biosensors basats en ADN i CRISPR, els mètodes de fabricació i les estratègies per millorar el rendiment analític. El Capítol 2 presenta els objectius que han motivat aquest treball de tesi, que es poden resumir com enfocaments democràtics per a aplicacions bioanalítiques. El Capítol 3 introdueix l'enfocament plug-and-print utilitzant impressores d'injecció de tinta de consum per a la fabricació de sensors electroquímics de baix cost. El Capítol 4 explora la integració d'inks basats en nanopartícules d'or (inks d'AuNPs) en la plataforma de fabricació, i descriu el mètode "click-sintering", una estratègia innovadora per a la fabricació d'elèctrodes d'or nanoporós amb millor rendiment electroquímic. Finalment, el Capítol 5 presenta les aplicacions dels elèctrodes nanoporosos fabricats mitjançant impressió inkjet per a diferents plataformes de biosensat, incloent la detecció de gens del SARS-CoV-2, infeccions patògenes mitjançant tecnologia CRISPR-Cas i biomarcadors per a malalties hepàtiques. |
| Resum: |
Los nanobiosensores se consideran hoy en día dispositivos analíticos esenciales que están redefiniendo campos como la medicina de precisión y la monitorización ambiental. A medida que estas tecnologías se vuelven más sofisticadas, surge una necesidad urgente de métodos de fabricación de sensores simples, personalizables y de bajo coste, que sean accesibles y fáciles de usar incluso en entornos con recursos limitados. Numerosos laboratorios han explorado métodos de fabricación de biosensores económicos y de baja complejidad, desarrollando procesos más democráticos para facilitar los avances en biosensado, así como una transición más rápida y sencilla al mercado y al usuario final. Entre los enfoques emergentes, la impresión por inyección de tinta permite la producción rentable y escalable de sensores. Este método de fabricación, altamente versátil, puede utilizar diversos tipos de tintas - conductoras, dieléctricas y aislantes - y diferentes tipos de sustratos. Los enfoques "Plug and Print" resultan especialmente atractivos, basados en impresoras de inyección de tinta de uso doméstico para la fabricación de transductores electroquímicos, destinados finalmente a aplicaciones de biosensado. Este enfoque combina la simplicidad de equipos de oficina - una impresora de inyección de tinta, una impresora de cera y una plastificadora - con una cuidadosa selección de materiales y métodos. El objetivo de esta tesis doctoral es describir el desarrollo y la caracterización de un flujo de trabajo de fabricación libre de sala blanca para electrodos nanoestructurados utilizando equipamiento doméstico, y validar los dispositivos optimizados para la detección electroquímica basada en ADN de diferentes biomarcadores asociados a aplicaciones relevantes en el ámbito sanitario. El Capítulo 1 proporciona una introducción general a los biosensores electroquímicos, con especial énfasis en los sensores basados en ácidos nucleicos. Se discuten los principios de los biosensores basados en ADN y CRISPR, los métodos de fabricación y las estrategias para mejorar el rendimiento analítico. El Capítulo 2 expone los objetivos que motivaron este trabajo de tesis, que pueden resumirse como enfoques democráticos para aplicaciones bioanalíticas. El Capítulo 3 presenta el enfoque de fabricación plug-and-print utilizando impresoras de inyección de tinta domésticas para la fabricación de sensores electroquímicos de bajo coste. El Capítulo 4 explora la integración de tintas basadas en nanopartículas de oro (tintas de AuNPs) en la plataforma de fabricación y describe el método de "click-sintering", una estrategia innovadora para la fabricación de electrodos de oro nanoporoso con rendimiento electroquímico mejorado. Finalmente, el Capítulo 5 presenta las aplicaciones de los electrodos nanoporosos fabricados mediante impresión inkjet para diferentes plataformas de biosensado, incluyendo la detección de genes del SARS-CoV-2, infecciones patógenas mediante tecnología CRISPR-Cas y biomarcadores de enfermedades hepáticas. |
| Resum: |
Nanobiosensors are considered nowadays, essential analytical devices which are redefining fields like precision medicine and environmental monitoring. As these technologies grow more sophisticated, there is a pressing need for simple, customizable, and low-cost sensor fabrication methods that are accessible and user-friendly, even in resource-limited environments. Numerous laboratories explored low-cost, low-setting fabrication methods for biosensors, developing more democratic processes to facilitate advances in biosensing, as well as a faster and easier transition to the market and to the end-user. Among emerging approaches, inkjet printing enables the cost-effective, scalable production of sensors. This highly versatile manufacturing method can use diverse types of ink materials - conductive, dielectric, and insulating - and different types of substrates. "Plug and Print" approaches are especially attractive, based on consumer inkjet printers for the manufacturing of electrochemical transducers, ultimately intended for biosensing applications. This approach combines the simplicity of office equipment - an inkjet printer, a wax printer, and a laminator - with a careful selection of materials and methods. The aim of this PhD dissertation is to describe the development and characterization of a clean-room free fabrication workflow for nanostructured electrodes using consumer/desktop equipment, and to validate the optimized devices for DNA-based electrochemical sensing of different biomarkers associated with important applications in the healthcare field. Chapter 1 provides a general introduction to electrochemical biosensors with particular focus on nucleic acid-based sensing. The principles of DNA and CRISPR-based biosensors, fabrication methods and strategies to improve analytical performance are discussed. Chapter 2 outlines the objectives which motivated this thesis work, which can be summarized as democratic approaches for bioanalytical applications. Chapter 3 introduces the approach of plug-and-print fabrication using consumer inkjet printers for the low-cost fabrication of electrochemical sensors. Chapter 4 explores the integration in the fabrication platform of gold nanoparticles-based inks (AuNPs inks), and describes the click-sintering method, an innovative strategy for the fabrication of nanoporous gold electrodes with improved electrochemical performance. Finally, Chapter 5 presents the applications of the nanoporous electrodes fabricated by inkjet printing for different biosensing platforms, including the detection of SARS-CoV-2 genes, pathogenic infections using CRISPR-Cas technology, and biomarkers for liver diseases. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologia |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Impressió injecció de tinta ;
Inkjet printing ;
Impresión inyección de tinta ;
Nanobiosensors ;
Nanobiosensores ;
Fabricació accessible ;
Accessible fabrication ;
Fabricación accesible ;
Ciències Experimentals |
visitant ::
identificació
