[en] Recently, having access to tools to diagnose a disease in a rapid way has become of great importance, especially after the pandemic caused by SARS-CoV-2 virus. Currently, the vast majority of analysis are carried out by technicians in specialized labs. In this way, the span time between the sampling and the results is at least 48h. This delay hinders the possibility to act rapidly and accordingly to the results obtained. Therefore, having fast and robust analysis tools that could be used at the same point-of-care is a considerable improvement in the diagnosis and monitoring of a disease. Some of these tools are already available in the market, like for example the pregnancy test, the test for glucose detection for diabetic patients or the SARS-CoV-2 test. However, only simple analysis, that require few reagents and steps, can be done with these devices. Moreover, the obtained result is often non-quantitative, which limits the use of these devices to the applications where no quantification is required. The development of lab-on-a-chip devices to overcome these limitations requires to miniaturize and incorporate other elements, like more precise detection systems or fluid handling systems (e.g. valves and pumps). Nevertheless, the majority of these devices rely on bulky elements that restrict its use in-situ. This thesis is based on the wax valve technology previously developed by the Grup de Transductors Químics of Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC). The first valves were electrically actuated, but finally they were adapted to be controlled by LED light pulses which enables to simplify the interface and develop a potentially more compact platform. Taking these valves as the starting point, the thesis is focused on adapting the technology to integrate them into microfluidic chips fabricated by rapid prototyping techniques. In addition, taking advantage of the benefits of these valves, a portable instrument to automate the use of the chips, that incorporates a pumping system and an absorbance measurement system, has been developed. A part from that, the platform has been adapted to develop ELISA-like (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) affinity assays with enzymatic labelling. To perform those assays, a solid phase, in which the capture molecules have been immobilized, is incorporated inside the chip. The fluidic behaviour of three different solid phases has been studied: polystyrene microspheres, nitrocellulose and glass. Later, an ELISA sandwich like assay (onto nitrocellulose) and an ELONA (Enzyme-Linked Oligonucleotide Assay) (onto glass) have been implemented on-chip. To optimize the assays, chips without valves and a commercial syringe pump have been used to guarantee the ideal control of fluidic parameters. The first assay is based on the detection of tumour necrosis factor alpha (TNFα), a pro-inflammatory protein widely used as a biomarker to study the anti-inflammatory response to various diseases. The second assay is based on the detection of 16S rRNA sequence of Escherichia coli by the interaction between this sequence with complementary ones in an ELONA like assay. E.coli is one of the most common bacteria causing infections, both in humans and animals. That is why it is a good indicator of interest in areas like medicine, the food industry or the environment. The viability to perform automatic immunoassays has been demonstrated although some needs for design improvements have been detected which should be addressed in order to maximize the potential of the developed platform.

[es] La necesidad de tener acceso a herramientas para diagnosticar una enfermedad rápidamente es cada vez más evidente, especialmente después de la pandemia provocada por el virus SARS-CoV-2. Actualmente la mayoría de análisis los hace personal técnico en laboratorios especializados, de forma que entre la toma de la muestra y la obtención de los resultados transcurren como mínimo 48h. Este retraso dificulta tomar decisiones y medidas con rapidez para actuar en consecuencia. Disponer de herramientas de análisis rápidas, robustas y que se puedan utilizar en el mismo lugar de atención al paciente (point-of-care) es una mejora considerable para el diagnóstico y seguimiento de una enfermedad. Algunas de estas herramientas ya están disponibles en el mercado, como el test de embarazo, el de detección de glucosa para diabéticos o el de SARS-CoV-2. Pero estos dispositivos solo permiten implementar protocolos de análisis simples que no requieran la manipulación de muchos reactivos ni consten de muchas etapas, o bien el resultado que se obtiene no es cuantitativo, lo que limita su uso para determinadas aplicaciones donde se requiere la cuantificación de la muestra. El desarrollo de dispositivos (lab-on-a-chip) que permitan suplir estas carencias, pasa por incluir otros elementos, como sistemas de detección más precisos o sistemas de bombeo de fluidos o de gestión de la circulación de múltiples reactivos (e.g. válvulas). Pero para integrarlos en plataformas que sean compactas y portables primero hay que miniaturizarlos, ya que la gran mayoría depende de elementos externos voluminosos que impiden su uso in-situ. Esta tesis parte de la tecnología de válvulas de cera integradas en dispositivos lab-on-a-chip desarrollada previamente en el Grup de Transductors Químics del Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC). Estas válvulas se actuaban eléctricamente, pero se adaptó la actuación por pulsos de luz LED, ya que permitía simplificar la interfaz y desarrollar una plataforma potencialmente más compacta. La tesis se centra en adaptar la tecnología para integrar las válvulas en chips microfluídicos fabricados por técnicas de prototipado rápido. Aprovechando las ventajas que confieren estas válvulas, se ha desarrollado un instrumento portable para automatizar el funcionamiento de los chips que integra un sistema de bombeo y un sistema de medida de la absorbancia. Además, la plataforma se ha adaptado para desarrollar ensayos de afinidad con marcaje enzimático del tipo ELISA sándwich (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Para realizar estos ensayos se ha incorporado una fase sólida dentro del chip sobre la cual se han inmovilizado las moléculas de captura. Se ha evaluado el comportamiento fluídico de tres fases sólidas diferentes: microesferas de poliestireno, nitrocelulosa y vidrio. Se han puesto a punto un ensayo del tipo ELISA sándwich (sobre nitrocelulosa) y un ensayo del tipo ELONA (Enzyme-Linked Oligonucleotide Assay) (sobre vidrio). Los ensayos se han optimizado en chips sin válvulas y utilizando una bomba de jeringa comercial para garantizar un control ideal de los parámetros fluídicos. El primer ensayo se basa en la detección del factor de necrosis tumoral alpha (TNFα), una proteína pro-inflamatoria ampliamente usada como biomarcador para estudiar la respuesta antiinflamatoria frente a varias enfermedades. El segundo ensayo está pensado para detectar la secuencia de ARNr 16S de Escherichia coli mediante la interacción de esta con secuencias complementarias, en un formato de ensayo del tipo ELONA. E.coli es una de las bacterias más comunes causantes de infecciones, tanto en humanos como en animales. Por eso es un buen indicador de interés en ámbitos como la medicina, la industria alimentaria o el medio ambiente. Se ha demostrado la viabilidad de realizar inmunoensayos automatizados, aunque se han detectado necesidades de mejora del diseño que deberían solucionarse para poder explotar al máximo el potencial de la plataforma desarrollada.