Bio-inspired nanochannel platform for the detection of pathogens in healthcare-associated infections (HAIs)

Abstract

Les malalties infeccioses, en particular les infeccions associades a l'atenció sanitària (IAAS), plantegen importants reptes per a la salut, ja que augmenten la mortalitat, la morbiditat i els costos sanitaris. Les IAAS afecten milions de pacients anualment, cosa que emfatitza la necessitat d’implementar mesures efectives de control i prevenció. Aquesta tesi aborda la necessitat crítica d'un diagnòstic precoç d'infeccions mitjançant el desenvolupament de tecnologies avançades de biosensors per a la detecció ràpida i precisa d’analits d’interès clínic. Aquesta investigació es va basar principalment en el desenvolupament d'una plataforma de nanocanals bioinspirada que utilitza silici porós (pSi) per a aplicacions de biosensat electroquímic. Es va triar el pSi per la seva àmplia superfície, mida de porus ajustable, biocompatibilitat i facilitat de funcionalització, el que el converteix en un excel·lent candidat per a plataformes de biosensat. La fabricació del pSi mitjançant anodització electroquímica va permetre un control precís de les característiques dels porus. L'estabilització i funcionalització de la superfície del pSi van ser essencials per millorar les seves propietats i prevenir l'oxidació.

Las enfermedades infecciosas, en particular las infecciones asociadas a la atención sanitaria (IAAS), plantean importantes desafíos para la salud, aumentando la mortalidad, la morbilidad y los costos sanitarios. Las IAAS afectan a millones de pacientes anualmente, lo que enfatiza la necesidad de implementar medidas efectivas de control y prevención. Esta tesis aborda la necesidad crítica de un diagnóstico temprano de infecciones mediante el desarrollo de tecnologías avanzadas de biosensores para la detección rápida y precisa de analitos de interès clínico. Esta investigación se basa en el desarrollo de una plataforma de nanocanales bioinspirada que utiliza silicio poroso (pSi) para aplicaciones de biosensado electroquímico. Se eligió el pSi por su amplia superficie, tamaño de poro ajustable, biocompatibilidad y facilidad de funcionalización, lo que lo convierte en un excelente candidato para plataformas de biosensado. La fabricación del pSi mediante anodización electroquímica permitió un control preciso de las características de los poros. La estabilización y funcionalización de la superficie del pSi fueron esenciales para mejorar sus propiedades y prevenir la oxidación. Se emplearon técnicas como la silanización y la hidrosililación para introducir grupos funcionales para la inmovilización de bioreceptores.

Infectious diseases, particularly healthcare-associated infections (HAIs), posed significant health challenges, increasing mortality, morbidity, and healthcare costs. HAIs affected millions of patients annually, emphasizing the need for effective control and prevention measures. This thesis addressed the critical need for early diagnosis and treatment guidance of infections by developing advanced biosensing technologies for rapid and precise detection of key analytes (e.g., miRNA, bacteria, viral biomarker…). The core focus of this research was the development of a bio-inspired nanochannel platform utilizing porous silicon (pSi) for electrochemical biosensing applications. PSi was chosen for its high surface area, tunable pore size, biocompatibility, and ease of functionalization, making it an excellent candidate for biosensing platforms. The primary focus was on electrochemical etching, which allowed precise control over pore characteristics. Stabilizing and functionalizing the pSi surface was essential for enhancing its properties and preventing oxidation.