[en] This thesis aims to develop biosensing tools for environmental monitoring. First, a colorimetric lateral flow biosensor (LFB) has been developed for the detection and quantification of Escherichia coli as a universal fecal indicator. Gold nanoparticles (AuNPs) are used as optical transducers and polyclonal antibodies as the biorecognition elements to capture, tag and indicate the presence of the bacteria. In parallel, a filtration system has been developed to improve the sensitivity of the LFBs. The optimization of the flow properties of the different lateral flow materials has been done by an innovative technique based on the tracking of the flow of the bioluminescent bacteria Aliivibrio fischeri, similar in size and shape to E. coli. Eventually, these LFBs have been tested with river and sewage waters, showing similar sensitivity and good reproducibility and selectivity in all the cases. Second, a bioluminescent toxicity biosensor has been developed for the detection and quantification of pesticides in water samples. In particular, Aliivibrio fischeri, a bioluminescent bacteria, has been used as the biorecognition element and the transducer because it turns up and down bioluminescence according to the concentration of toxic compounds within the water samples. Besides, graphene-oxide (GO) has been used as a non-specific growth enhancer to promote bacterial growth and increase the sensitivity of the system by partially screening the bioluminescence emitted by A. fischeri. The detection and quantification of the bioluminescence has been performed by a smartphone that allows for a cheaper, more user friendly, and portable water toxicity assessment. Third, a smartphone-based portable platform has been developed for the performance of optical sensing, including colorimetric, fluorescent, and bioluminescent assays. This platform has been used to perform and read standard ELISA tests based on colorimetric outputs for human IgG and coronavirus detection. In addition, the system allows for tracking AuNPs aggregation based on the color output of the solution. On the other hand, the platform has been used to detect and quantify quantum dots (QDs) and other fluorescent reporters (i.e. fluorescein), as well as performing fluorescent ELISA tests based on these transducers. Next, the platform allows for bioluminescent readouts with applications in toxicity analysis. Eventually, the platform is suitable for bacteria culture, turbidity measurements, and drug screening for antibiotic resistances assessment.

[es] Esta tesis tiene como objetivo desarrollar biosensores para el monitoreo ambiental. Primero, se ha desarrollado un biosensor colorimétrico basado en lateral flow strips (LFS) para la detección y cuantificación de Escherichia coli como indicador fecal universal. En este caso, nanopartículas de oro (AuNP) se utilizan como transductores ópticos y anticuerpos policlonales como elementos de bioreconocimiento para capturar, marcar e indicar la presencia de la bacteria. Paralelamente, se ha desarrollado un sistema de filtración para mejorar la sensibilidad de las LFS. La optimización del flujo de la muestra a través de los diferentes materiales ha realizado mediante una técnica innovadora basada en el seguimiento del flujo de la bacteria bioluminiscente Aliivibrio fischeri, similar en tamaño y forma a E. coli. Finalmente, estos LFB se han probado con muestras de agua de ríos y aguas residuales, mostrando una sensibilidad similar y buena reproducibilidad y selectividad en todos los casos. En segundo lugar, se ha desarrollado un biosensor de toxicidad bioluminiscente para la detección y cuantificación de pesticidas en muestras de agua. En particular, Aliivibrio fischeri, una bacteria bioluminiscente, se ha utilizado como elemento de bioreconocimiento y transductor porque aumenta y disminuye la bioluminiscencia de acuerdo con la concentración de compuestos tóxicos en las muestras de agua. Además, el óxido de grafeno (GO) se ha utilizado como un potenciador del crecimiento no específico para promover el crecimiento bacteriano y aumentar la sensibilidad del sistema al detectar parcialmente la bioluminiscencia emitida por A. fischeri. La detección y cuantificación de la bioluminiscencia se realizó con un teléfono móvil que permite una evaluación de la toxicidad del agua de forma portátil, más barata, y más fácil de usar que los estándares en los laboratorios. En tercer lugar, se ha desarrollado una plataforma portátil basada en un teléfono móvil para realizar ensayos que requieren una detección óptica, incluyendo ensayos colorimétricos, fluorescentes y bioluminiscentes. Esta plataforma se ha utilizado para llevar a cabo y analizar pruebas ELISA estándar basadas en resultados colorimétricos para la detección de la inmunoglobulina humana y una proteína del coronavirus. Además, el sistema permite realizar un seguimiento de la agregación de AuNPs en función del color de la solución. Por otro lado, la plataforma se ha utilizado para detectar y cuantificar quantum dots (QD) y otros indicadores fluorescentes (por ejemplo, fluoresceína), así como para realizar pruebas ELISA fluorescentes basadas en estos transductores. Además, la plataforma permite realizar lecturas bioluminiscentes con aplicaciones como el análisis de la toxicidad del agua. Finalmente, la plataforma es útil para el cultivo de bacterias, mediciones de turbidez y detección de resistencia a antibióticos.