[ca] La monitorització de la qualitat microbiana de l'aigua té com a objectiu protegir els consumidors de malalties causades pels patògens transmesos per ingestió, aspiració o contacte amb aigües contaminades. En les darreres dècades, la tecnologia dels biosensors s'ha postulat com una de les alternatives més prometedores per substituir els mètodes convencionals tediosos, voluminosos i que requereixen de llargs temps. No obstant això, la majoria de biosensors no tenen la capacitat de processar els grans volums d'aigua necessaris per a la regulació de la qualitat microbiana, que es tradueix en límits alts de detecció. En aquest sentit, el desenvolupament de dispositius capaços d'integrar la concentració de bacteris presents en grans volums d'aigua i la seva detecció esdevé un tema rellevant. Aquesta tesi presenta el desenvolupament d'un dispositiu capaç d'utilitzar membranes de microfiltració com a suport de tots dos processos, el de concentració i el de detecció. El dispositiu consta d'una plataforma de concentració modelable, que es pot modificar segons les necessitats de detecció del bacteri objectiu. En aquet treball, s'han seleccionat tres microorganismes diferents com a possibles escenaris de treball del prototip de concentració i detecció. Escherichia coli ha estat seleccionada per la seva àmplia utilització com a bacteri model de la contaminació fecal, Legionella pneumophila, per la seva importància per a la salut i Shynechocystissp. com a cianobacteri model per el seu impacte en la salut i al medi ambiental. Com és el cas de la majoria de bacteris, cal que Escherichia coli i Legionella pneumophila siguin etiquetats per detectar-los. Així, s'ha desenvolupat un immunoassaig sobre filtre que empra la membrana utilitzada per a la concentració, i també com a suport per a la immunodetecció. Tot i això, l'inconvenient més gran d'utilitzar membranes de microfiltració com a suport per a la immunodetecció és la unió inespecífica dels anticossos a la membrana, donant per tant, falsos positius. Així, s'han provat diferents materials de membrana, reactius de bloqueig de membrana i rentats d'anticossos per trobar la millor combinació per a la detecció ràpida de E. coli i Legionella. La immunodetecció es realitza mitjançant anticossos marcats enzimàticament i un substrat colorimètric o redox, demostrat que el immunoassaig sobre filtre es pot combinar tant a mesures d'absorbància com a de cronoamperomtría. L'assaig complet triga 2 h reduint significativament el temps necessari pels mètodes convencionals (2-10 dies) i obtenint límits de detecció per sota dels 10 CFU·mL-1, cosa que podria permetre assolir els límits establerts per les normes de regulació. El dispositiu desenvolupat també s'ha adaptat a la detecció de cianobacteris. Els cianobacteris contenen pigments capaços d'absorbir llum i emetre fluorescència de manera natural, actuant com a bioreceptors intrínsecs. Per tant, el dispositiu de concentració s'ha dotat d'elements òptics per a la detecció de cianobacteris sobre el filtre. S'ha implementat un díode emissor de llum (LED) per excitar la PhC i un detector que recull la seva emissió de fluorescència, a més d'integrar l'electrònica necessària per al seu control. El sistema desenvolupat és capaç de detectar concentracions de cianobacteris dins del nivell de vigilància establert per l'OMS en menys de 10 minuts fins i tot en mostres reals. A més, l'ús de components òptics miniaturitzats de baix cost ha permès obtenir un prototip portàtil i senzill adequat per a l'avaluació ràpida i in-situ de cianobacteris. El rendiment i la versatilitat mostrats per la plataforma dissenyada i provada en aquesta tesi, ens permet preveure aquesta nova tecnologia com una alternativa ràpida i rentable per a la supervisió de la qualitat de l'aigua microbiana.

[en] Microbial water quality monitoring aims to protect consumers from diseases caused by pathogens transmitted by ingestion, aspiration (air transmission), or contact with contaminated waters. In the last decades, biosensor technology has been postulated as one of the most promising alternatives to substitute the tedious, bulky, and long-time requiring conventional methods. Nevertheless, most biosensors lack the ability to process large water volumes required for current microbial water quality regulations, which is translated into high detection limits. In this regard, the development of devices able to integrate the concentration of bacteria present in large water volumes, and their detection becomes an issue of relevance. This thesis presents the development of a device able to use microfiltration membranes as support for both processes, concentration, and detection. The device consists of a flexible concentration platform, which is modified according to the detection needs of the target bacteria. Herein, three different microorganisms have been selected as the work scenarios for the concentration/detection prototype. Escherichia coli has been selected for its extensive use as indicator of fecal pollution, Legionella pneumophila, for its health importance and Shynechocystis sp. as model cyanobacterium for their health and environmental impact. As is the case of most bacteria, Escherichia coli and Legionella pneumophila require labeling in order to make them detectable. Thus, an on-filter immunoassay has been developed, employing the membrane used for concentration, also as the support for the immunodetection. The biggest drawback of using microfiltration membranes as support for immunodetection is the nonspecific binding of antibodies to the membrane, consequently giving false positives. Thus, different membrane materials, membrane blocking reagents, and antibody washings have been tested to find the best combination for both E. coli and Legionella fast detection. The immunodetection is carried out using antibodies enzymatically labeled with horseradish peroxidase and 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine (TMB) as substrate. Hence, as TMB is widely used either as colorimetric or redox substrate, it has been demonstrated that the developed on-filter immunoassay can be coupled to both absorbance and chronoamperometric measurements. The whole assay takes 2 h reducing significantly the time needed by conventional methods (2-10 days) and providing a detection limit lower than 10 CFU·mL-1, which could permit achieving the limits established by regulation standards. The developed device has also been adapted to detection of cyanobacteria. Cyanobacteria contain pigments able to absorb light and emit fluorescence naturally, acting as intrinsic bioreceptors. Moreover, the photosynthetic pigment phycocyanin (PhC) allows to distinguish cyanobacteria from eukaryotic algae. Therefore, the concentration device has been provided with optical elements required for on-filter cyanobacteria detection. A light-emitting diode (LED) to excite PhC and a detector that collects its fluorescence emission have been implemented, in addition to integrating the electronics necessary for their control. The developed system is able to detect cyanobacteria concentrations within the vigilance level established by WHO (<500 cell·mL-1) in less than 10 min even in real samples. Moreover, the use of low cost miniaturized optical components has allowed the design and development of a portable and straightforward prototype suitable for fast and in-situ detection and quantification of cyanobacteria in water samples. The performance and versatility shown by the microbial detection platform designed and tested in this thesis allows us to envision this new technology as a viable alternative towards a fast and cost-effective detection system for microbial water quality monitoring.