[ca] Des de fa un cert temps, s'està veien que la nanotecnologia té un gran potencial per a la seva aplicació en molts camps de recerca . En l'actualitat els temes de recerca d'aquests camps se centren en la realització de nanomàquines i xarxes de nano-màquines. Essent una nano-màquina, aquell giny capaç de realitzar tasques senzilles de computació, d'emmagatzematge de dades, de detecció (actuant com a sensors) i l'actuació d'altres dispositiu, que quan tenen la possibilitat de poder-se comunicar entre elles augmenten considerablement el seu potencial. D'aquesta manera, per a realitzar tasques més complexes és oportú utilitzar nano-xarxes, entenent per nano-xarxes la interconnexió de milions de nano-màquinessón per cooperar entre elles. En aquest sentit, però, els mecanismes tradicionals utilitzats en les xarxes de computadors s'han trobat inadequats a escala nanomètrica, de manera que per poder portar a terme la cooperació entre nano-màquines, s'estan proposant mecanismes de comunicació alternatius. D'entre les xarxes de nano-màquines que es considera més prometedores són els sistemes de Comunicacions Moleculars (CM) que són biològicament plausible i es produeix en els éssers vius. En les Comunicacions Moleculars s'utilitzen molècules físiques com a portadores d'informació, per la qual cosa les MolCom es consideren bio-inspirades. Així, l'intercanvi de portadores d'informació entre un transmissor i un receptor es realitza via transmissió, propagació i recepció de molècules. Essent els possible abast de les comunicacions moleculars de tres rangs possibles, curt, mitjà i llarg abast. Aquesta tesi doctoral se centre en els sistemes bàsics de comunicació molecular, és a dir, en la Comunicació Molecular basada en la difusió (DMC), on la propagació de molècules d'informació entre un transmissor i un receptor es realitza mitjançant la seva lliure difusió en medi fluid. En primer lloc, per comprendre-la millor, s'investiga i es modela la capa física neuronal (capa 1) a través de la simulació, i es deriven les mètriques de rendiment apropiades per a dos casos diferents, un enllaç punt a punt amb els receptors veïns i una xarxa d'un sol transmissor i múltiples receptors. A continuació, es caracteritza el canal físic d'un sistema de comunicació entre neurones i s'analitza l'efecte de l'agregació de les proteïnes tòxiques al cervell, ja que aquesta acumulació resulta ser la raó principal de trastorns neurodegeneratius crònics com ara la malaltia de l'Alzheimer. Finalment, proposem una actuació sensorial completa, basada en un sistema de circuit tancat, per combatre aquest desordre neurodegeneratiu. La tesi conclou amb la construcció d'un model matemàtic molt preliminar que permeti fer un seguiment del moviment d'espermatozoides durant el procés de quimiotaxis. L'objectiu és obrir el tema per a la comunitat científica, ajudar a descriure millor el problema mitjançant un primer conjunt de simulacions per, a continuació, investigar l'efecte de variar els intervals d'arribada dels espermatozoides a les cèl·lules mare i després proposar nous tractaments, més fiables i menys costosos que els existents, per millorar la fertilitat.

[en] Nanotechnology is widely seen as having huge potential to bring benefits to many areas of research and application. Nowadays, research studies are focusing on realizing nano-machines on the order of nanometers in size. A nano-machine is capable of performing simple tasks such as computing, data storing, sensing, and actuation. The capability for such nano-machine to communicate with each other would considerably expand their potential. Thereby, in order to fulfill more complex tasks nano-networks are needed. Indeed, nanonetworks are the connection and cooperation of millions of nano-machines. However, the traditional mechanisms used in traditional communication networks have been found inappropriate at the nano-scale. Thus, to enable this cooperation between nano-machines, several communication mechanisms have been proposed. Among the different methods for interconnecting nano-machines, Molecular Communications (MC) system is considered one of the most promising mechanisms, which is biologically plausible and occurs in living beings. MC uses physical molecules as information carriers. By employing molecules as information carriers, MC has quickly emerged as a bio-inspired approach. The exchange of information between the transmitter and an intended receiver is carried out via the transmission, propagation, and reception of molecules. The communication range of molecular communications can range from short-range to long-range. The focus of this Ph.D. thesis is on the most fundamental type of molecular communication, namely, Diffusion-based Molecular Communication (DMC) where the propagation of information molecules between a transmitter and a receiver is realized through free diffusion in a fluid environment. It begins by investigating and modeling the neuronal physical layer (layer 1) to understand better through simulation, and then to derive the appropriate performance metrics imposed by a point-to-point neuron neighboring receivers link, as well as by the Single Input Multiple Output (SIMO) network. Following that, the aim is to caracterize the physical channel of the neuron-to-neuron communication system, and to analyze the effect of the toxic proteins aggregation on the brain since this accumulation turns out to be the main reason behind chronic neurodegenerative disorder as in Alzheimer's disease, then ultimately to come up with a complete sense-actuation closed-loop system vision for fighting this neurodegenerative disorder. Lastly, the goal is to build a mathematical model to track the movement of spermatozoa during the process of chemotaxis, to describe better through simulation, to understand by quantifying the communication problem, then to investigate the effect of varying the appropriate metrics on the arrival time of the spermatozoa and then to propose new treatments which are more reliable, and less expensive than the existing one. It is concluded that the proposed study will provide to synthetic biology design oriented guidelines. In addition, this study presents new solutions for treating diseases which establish a new vision of dealing with them, as well as serve as guidelines for the medical committee.