[en] This doctoral thesis explores the integration of Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) into various diagnostic platforms. MIPs are synthetic materials designed to mimic the recognition capabilities of biological molecules, such as antibodies, but with greater stability, cost-effectiveness, and scalable, animal-free production. The primary focus of this thesis is the design of MIPs specific to small molecular tags, including biotin (BIO), digoxigenin (DIG), and 6-carboxyfluorescein (6-FAM), which are commonly used in biological and diagnostic assays. These molecular tags provide versatile biomolecular architectures that enable flexible detection systems for a wide range of targets, enhancing diagnostic adaptability across diverse applications. Initially, biotin-specific MIPs were synthesized and integrated into nucleic acid lateral flow (NALF) assays. This integration demonstrated significant improvements in lateral flow assays compared to conventional biological receptors in terms of stability while maintaining excellent sensitivity. Furthermore, the work expanded to include the synthesis of MIPs for DIG and 6-FAM labels, using in silico computational modeling, which optimized the polymerization process. The resulting MIPs were successfully integrated into diagnostic platforms, including multiplexed NALF systems capable of detecting multiple double-tagged DNA targets simultaneously. The use of these three tags—biotin, DIG, and 6-FAM—enabled the creation of customizable and multiplexed diagnostic systems, highlighting the flexibility and adaptability of MIP-based biomolecular architectures for various biological assays. Another key contribution of this thesis is the exploration of MIPs in non-conventional, paper-based nucleic acid vertical flow (NAVF) assays. NAVF systems offer advantages such as faster assay times and the ability to process larger sample volumes. The comparative analysis between NAVF and NALF showed that NAVF is better suited for applications where immediate, qualitative detection is essential, while NALF remains optimal for detecting low analyte concentrations in more sensitive, quantifiable assays. Finally, the synthesis and integration of magnetic MIPs (m-MIPs) into magneto-actuated diagnostic platforms are also explored. These systems used magnetic separation to enhance assay robustness and sensitivity, particularly in complex sample matrices. The m-MIPs were incorporated into magneto-actuated platforms with optical and electrochemical readouts, including a portable electrochemical device operated by batteries, demonstrating the potential for point-of-care testing in resource-limited settings. Overall, this thesis highlights the versatility of MIP-based biomolecular architectures centered on small molecular labels like biotin, DIG, and 6-FAM. The ability to adapt these tags across multiple platforms—lateral flow, vertical flow, and electrochemical and optical magneto-actuated systems—demonstrates their potential to advance point-of-care diagnostics by providing high sensitivity, specificity, and adaptability for a wide range of diagnostic needs. The successful integration of MIPs into these platforms paves the way for future advancements, including the development of point-of-care diagnostic systems featuring a portable, battery-operated end-point PCR device, combined with a paper-based RDT prototype utilizing MIPs. This system holds the potential to screen both communicable and non-communicable diseases, for which PCR is the gold standard, enabling accurate diagnosis directly in low-resource settings.

[es] Esta tesis doctoral explora la integración de polímeros de impresión molecular (MIPs) en diversas plataformas de diagnóstico. Los MIPs son materiales sintéticos diseñados para imitar las capacidades de reconocimiento de las moléculas biológicas, como los anticuerpos, pero con mayor estabilidad, menor coste y producción escalable sin el uso de animales. El objetivo principal de esta tesis es el diseño de MIPs específicos para etiquetas moleculares pequeñas, incluyendo biotina (BIO), digoxigenina (DIG) y 6-carboxifluoresceína (6-FAM), que son comúnmente utilizadas en ensayos biológicos y pruebas de diagnóstico. Estas etiquetas proporcionan arquitecturas biomoleculares versátiles que permiten sistemas de detección flexibles para una amplia gama de analitos, mejorando la adaptabilidad diagnóstica en diversas aplicaciones. Inicialmente, se sintetizaron MIPs específicos para biotina y se integraron en ensayos de flujo lateral de ácidos nucleicos (NALF). Esta integración demostró mejoras significativas en los ensayos de flujo lateral en comparación con los receptores biológicos convencionales en términos de estabilidad, manteniendo al mismo tiempo una excelente sensibilidad. Además, el trabajo se amplió para incluir la síntesis de MIPs para las etiquetas DIG y 6-FAM, utilizando modelado computacional in silico, lo que optimizó el proceso de polimerización y los recursos necesarios. Los MIPs resultantes se integraron con éxito en plataformas de diagnóstico, incluidos sistemas multiplexados de NALF capaces de detectar múltiples analitos de ADN con doble etiqueta de manera simultánea. El uso de estas tres etiquetas —biotina, DIG y 6-FAM— permitió la creación de sistemas de diagnóstico personalizables y multiplexados, destacando la flexibilidad y adaptabilidad de las arquitecturas biomoleculares basadas en MIPs para diversos ensayos biológicos. Otra contribución clave de esta tesis es la exploración de MIPs en ensayos no convencionales de flujo vertical de ácidos nucleicos (NAVF). Los sistemas NAVF ofrecen ventajas como tiempos de ensayo más rápidos y la capacidad de procesar volúmenes de muestra más grandes. El análisis comparativo entre NAVF y NALF mostró que NAVF es más adecuado para aplicaciones en las que la detección cualitativa inmediata es esencial, mientras que NALF sigue siendo óptimo para detectar concentraciones bajas de analitos en ensayos más sensibles y cuantificables. Finalmente, también se exploran la síntesis e integración de MIPs magnéticos (m-MIPs) en plataformas diagnósticas magneto-actuadas. Estos sistemas utilizan la separación magnética para mejorar la robustez y sensibilidad de los ensayos, particularmente en matrices de muestras complejas. Los m-MIPs se incorporaron en plataformas magneto-actuadas con lecturas ópticas y electroquímicas, incluyendo un dispositivo electroquímico portátil operado por baterías, demostrando el potencial para pruebas en el punto de atención en entornos con recursos limitados. En conjunto, esta tesis destaca la versatilidad de las arquitecturas biomoleculares basadas en MIPs centradas en etiquetas moleculares pequeñas como biotina, DIG y 6-FAM. La capacidad de adaptar estas etiquetas en múltiples plataformas —flujo lateral, flujo vertical, y sistemas magneto-actuados electroquímicos y ópticos— demuestra su potencial para contribuir en la mejora del diagnóstico en el punto de atención, proporcionando alta sensibilidad, especificidad y adaptabilidad para una amplia gama de necesidades diagnósticas. La integración exitosa de los MIPs en estas plataformas abre el camino para futuros avances, incluidos el desarrollo de sistemas diagnósticos en el punto de atención que incluyan un dispositivo de PCR portátil operado por baterías, combinado con un prototipo de prueba rápida basada en papel integrando MIPs. Este sistema tiene el potencial de ser utilizado para el cribado tanto de enfermedades transmisibles como no transmisibles, donde la PCR es el estándar de referencia, permitiendo un diagnóstico preciso directamente en entornos de recursos limitados.