Disseny, simulació i prototipatge de dispositius per a la detecció de matèria orgànica en mostres d’aigua

Résumé

L’objectiu inicial de la present tesi és la miniaturització d’un sistema per a la mesura ràpida de la DBO en mostres d’aigua. Per això, s’incorporaran cultius microbians a dispositius microfluídics que permeten la realització de mesures electroquímiques. Aquest camp, que ha experimentat un ràpid creixement en els darrers anys, es basa la utilització d’elements biològics —com són espècies o comunitats microbiològiques, proteïnes o enzims— com a element sensor o com a reactor de mesures electroquímiques. Aquestes aproximacions haurien de ser vàlides i suficientment ràpides per ser utilitzades com a element de control en àmbits com el seguiment ambiental o processats industrials diversos. Això és rellevant, ja que els mètodes analítics emprats més habitualment requereixen de diversos dies per obtenir els resultats, fet que els fa inadequats per fer el seguiment de processos. A més a més, es planteja enfocar aquests desenvolupaments donant un paper clau a les eines de simulació i modelització matemàtica, de tal forma que es pugui validar el dispositiu dissenyat, en el major grau possible, abans d’entrar en les fases de fabricació i test experimental. Si bé les eines de simulació matemàtica ja són àmpliament utilitzades, en la major part dels casos s’utilitzen com a validació de dispositius que ja han estat fabricats i testats. Plantejar les simulacions matemàtiques com una eina combinada en la fase del disseny, implica que aquestes simulacions hauran d’abastar el conjunt d’elements rellevants per al problema o dispositiu, però a la vegada hauran de permetre contrastar els resultats i adaptar el disseny abans de les fases de més requeriments en recursos i temps, que són la fabricació de prototips i la seva validació experimental. Pel que fa a la fabricació del dispositiu, es maximitzarà l’ús de tecnologies ràpides i de baix cost, tant per al desenvolupament dels diferents prototips, com per ser una constricció remarcable de cara a la seva fabricació i introducció a gran escala. Finalment, també es tindrà l’objectiu que els dispositius construïts siguin el més versàtils possible, tant de cara a adaptar-los a altres usos i processos analítics com en termes de facilitar-ne la integració en altres dispositius, en la línia del que es coneix com a sistemes de lab-on-a-chip.