[en] This Doctoral Thesis aims to the development of several label-free biosensing analytical strategies integrated within optical plasmonic devices for the direct detection of drugs or biomarkers related to different diseases in biological samples such as plasma, serum, urine, and sputum. These biosensor devices offer several benefits like their high sensitivity, ease of operation, quantitative data, label-free operation, and real-time detection, and commonly require a small sample volume. All this turn plasmonic biosensors into well-suited analytical tools for diagnosing diseases, monitoring medication, or for personalized therapies follow-up. Our research group has extensively demonstrated the successful conjunction of novel in-house optical biosensor configurations (like plasmonic and photonic-based designs) with the full demonstrations of bioapplications, which has paved the way for their potential technological transfer as Point-of-Care devices (POC) for clinical diagnostics. The biosensor assays here implemented, which include their full optimization and validation with real samples, exemplify clinical challenges where such biosensors can overcome limitations of current conventional analytical techniques. The results show the potential and versatility that plasmonic biosensors can offer as future POC devices placed in primary healthcare units or even in the household environment for patients' self-monitoring. This thesis is organized into six chapters. Chapter 1 is the introductory one, which explains the basic concepts and the state of the art of the current advances in diagnosis and monitoring techniques of diseases and/or therapies and the role of biosensors to improve them. Chapter 2 includes a detailed description of the biosensor platforms employed and a general description of the methodological processes. Chapter 3 is related to the development of a nanoplasmonic device for the therapeutic monitoring of the drug acenocoumarol, a commonly administered anticoagulant, directly in human plasma. Chapter 4 focuses on the implementation of a plasmonic biosensor that monitors the gluten-free diet in urine in celiac patients. Chapter 5 describes the biosensing strategies developed for the detection of two biomarkers for the early diagnosis of tuberculosis in sputum samples. Finally, Chapter 6 explores the detection of four specific autoantibodies associated with the tumor onset directly in human serum as potential biomarkers for the early detection of colorectal cancer.

[es] Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de diversos biosensores que operan sin necesidad de marcaje adicional basados en dispositivos plasmónicos ópticos para la detección directa de medicamentos o biomarcadores relacionados con diferentes enfermedades y que son analizados directamente en muestras humanas como plasma, suero, orina o esputo. Estos dispositivos biosensores ofrecen un sinnúmero de beneficios como es su alta sensibilidad, facilidad de operación, la obtención de datos cuantitativos, detección sin marcaje en tiempo real, y comúnmente sólo necesitan de un pequeño volumen de muestra. Todo esto convierte a los biosensores plasmónicos en herramientas analíticas muy adecuadas para el diagnóstico de enfermedades, el control de la medicación o el seguimiento de terapias personalizadas. Nuestro grupo de investigación ha demostrado exitosamente la implementación de biosensores ópticos basados en plasmónica y en fotónica de silicio, incluido el desarrollo completo de bioaplicaciones, lo que ha allanado el camino de su futura transferencia tecnológica para su implementación como dispositivos Point-of-Care (POC). Los biosensores desarrollados en esta Tesis incluyen su optimización y validación completa con muestras reales, ejemplificando algunos desafíos clínicos en los que dichos biosensores plasmónicos pueden superar importantes limitaciones de las técnicas de análisis convencionales actuales, mostrando su potencial y versatilidad como futuros dispositivos POC para ser usados en las unidades de atención primaria en salud o incluso en el entorno doméstico para el propio autocontrol por parte de los pacientes. La tesis está organizada en seis capítulos. El Capítulo 1 contiene la introducción de los conceptos básicos y el estado del arte sobre los avances actuales en las técnicas de diagnóstico y control de enfermedades y/o terapias y el papel que desempeñan los biosensores para mejorarlos. El Capítulo 2 incluye una descripción detallada de las plataformas biosensoras empleadas y una descripción general de los procesos metodológicos. El Capítulo 3 describe el desarrollo de un dispositivo nanoplasmónico para el control terapéutico del medicamento acenocumarol, un anticoagulante comúnmente administrado directamente en plasma humano. El Capítulo 4 se centra en el desarrollo de un biosensor plasmónico que sirva como control de la dieta libre de gluten que deben llevar los pacientes celíacos. El Capítulo 5 describe las estrategias desarrolladas para la detección de dos biomarcadores para el diagnóstico temprano de tuberculosis en muestras de esputo. Finalmente, el Capítulo 6 explora la detección de cuatro autoanticuerpos específicos asociados con la aparición del tumor directamente en el suero humano como biomarcadores potenciales para el diagnóstico temprano del cáncer colorrectal.