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Even when European regulation has been encouraging landfill reduction in the last decades, 13 out of 28 EU countries still landfill more than 50% of their municipal solid waste (MSW), mainly located in Southern and Eastern Europe. In this paper, waste-to-energy (WtE) schemes based on gasification are proposed in order to minimize the landfill disposal in European landfill-dominant regions. These schemes are assessed by means of a dynamic GHG emissions methodology since comparing with a dynamic reference system (i.e. methane emissions are delayed several years after the landfilling of the wastes and the emissions continue unevenly for at least 20 years more). The evolution of current waste management system and mix of electricity production is also modeled. The results reveal that the incorporation of gasification-based WtE plants in dominated-landfill European countries has a positive climate impact compared to current waste management in the short term. The long-term climate impact is, however, not secure since it depends on the evolution of the reference system in the analyzed region. Among the assessed configurations, the fluidised bed gasifier with internal combustion engine (FBG/ICE) configuration achieves the best climate benefit since has the highest energy efficiency., Proceedings of the 25th European Biomass Conference and Exhibition, 12-15 June 2017, Stockholm, Sweden, pp. 1688-1690

Microsistema para la extracción e inyección controlada de fluido de un solo uso.El objeto de la presente invención es un microsistema diseñado para la extracción e inyección de fluido de manera controlada y de un sólo uso que consta de una cámara de traba

En los últimos años, se ha logrado un gran avance en materia de investigación gracias al continuo desarrollo de la tecnología y su aplicación en las diferentes ramas del conocimiento. Especialmente destacable es su aportación en el campo de la medicina. Cada vez son más precisos y sencillos los procesos del estudio de enfermedades gracias a la aplicación de la tecnología, dando como resultado mejores tratamientos para prevenirlas y tratarlas. Este enfoque es la motivación que ha incitado la realización del proyecto del que forma parte el presente trabajo. En concreto, se quiere conseguir mejorar el seguimiento de una enfermedad degenerativa de las retinas en los seres humanos. Uno de los procedimientos gracias a los cuales se obtiene información sobre el estado de la retina es el electrorretinograma (ERG). Este procedimiento se realiza mediante el seguimiento de la enfermedad en ratones. Para la obtención de datos se realiza un experimento en una sala oscura. Las retinas del ratón son estimuladas mediante diferentes intensidades de luz. Mediante electrodos conectados al globo ocular se obtienen los resultados dando lugar al electrorretinograma. Para mejorar este estudio, se pretende trasladar la experimentación directamente al laboratorio. La idea es trabajar con explantes de retinas, en lugar de la retina del ratón vivo. Se pretende con ello llevar a cabo un estudio de larga duración de las retinas, y ver durante ese tiempo, con más detalle, la degeneración éstas. Además, se elimina la necesidad de un espacio especial (sala oscura) para realizar el estudio. Para este nuevo método serían necesarias varias cosas. Por un lado, la obtención de las retinas enfermas (explantes) del ratón. Por otro, un dispositivo biocompatible donde depositarlas. Además, para obtener el electroretinograma será necesario colocar los explantes sobre pequeños electrodos (para la obtención de las señales generadas por la retina) y reproducir la estimulación lumínica. Para llevar a cabo esta tarea, se cuenta con un dispositivo microfluídico adecuado a las necesidades del proyecto. En cuanto a la obtención de las señales, se realizará mediante una matriz de microelectrodos (MEA) sobre la que se depositarán los explantes. Sólo quedaría disponer de un dispositivo que se adapte al sistema y se encargue de estimular las retinas. En esta cuestión es donde entra nuestro trabajo. Se trata de elaborar un dispositivo lumínico capaz de adaptarse al sistema microfluídico donde se van a depositar los explantes de retinas. Su función será estimularlas mediante el uso de LEDs. La intención será asemejarlo lo máximo posible al comportamiento del dispositivo lumínico utilizado hasta ahora, para poder establecer una relación entre ambos. De esta forma, el uso de la electrónica va a ayudar a una posible mejora del seguimiento y comprensión de esta enfermedad y así ayudar a su investigación y por ende a su tratamiento. En el presente escrito se detalla con claridad cómo se realiza el diseño, la fabricación y caracterización de un sistema óptico-electrónico para la realización de electrorretinogramas. In recent years, a great advance in research has been achieved thanks to the continuous development of technology and its application in different branches of knowledge. Especially remarkable is his contribution in the field of medicine. The processes of studying diseases are becoming more precise and simple thanks to the application of technology, resulting in better treatments to prevent and treat them. This approach is the motivation that has prompted the realization of the project of which this work is part. Specifically, the aim is to improve the follow-up of a degenerative retinal disease in humans. One of the procedures through which information about the state of the retina is obtained is the electroretinogram (ERG). This procedure is done by monitoring the disease in mice. To obtain data, an experiment is carried out in a dark room. Mouse retinas are stimulated by different intensities of light. By means of electrodes connected to the eyeball, the results are obtained, giving rise to the electroretinogram. To improve this study, it is intended to transfer the experimentation directly to the laboratory. The idea is to work with retinal explants, rather than retina from alive mouse. The aim is to carry out a long-term study of the retinas, and to see during that time, in more detail, their degeneration. In addition, the need for a special space (dark room) to carry out the study is eliminated. For this new method, several things would be necessary. On the one hand, obtaining the diseased retinas (explants) of the mouse. On the other, a biocompatible device where to deposit them. Furthermore, to obtain the electroretinogram it will be necessary to place the explants on small electrodes (to obtain the signals generated by the retina) and reproduce the light stimulation. To carry out this task, there is a microfluidic device suitable for the needs of the project. As for obtaining the signals, it will be done using a microelectrode matrix (MEA) on which the explants will be deposited. All that remains is to have a device that adapts to the system and is responsible for stimulating the retinas. This is where our work comes in. The aim is to develop a lighting device capable of adapting to the microfluidic system where the retinal explants are to be deposited. Its function will be to stimulate them through the use of LEDs. The intention will be to make it as similar as possible to the behavior of the lighting device used up to now, in order to establish a relationship between them. In this way, the use of electronics will help to improve the monitoring and understanding of this disease and thus help its research and therefore its treatment. In this document, it is clearly detailed how the design, manufacture and characterization of an opticalelectronic system for the realization of electroretinograms is carried out. Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación

Como todos concocemos la reciente pandemia provocada por el SARS-CoV-2 ha dado lugar que la población en su mayotía conozca o haya escuchado alguna vez a lo largo de la pandemia el término PCR (reacción en cadena de polimerasa), hasta entonces desconocido para la gran mayoría. Esta situación ha mostrado a la sociedad española la importancia de la investigación y como el campo de la medicina junto con la biología está íntimamente relacionado con la electrónica, concretamente con el desarrollo de tecnologías para el diagnóstico de enfermedades víricas a nivel mundial. Este proyecto abarca todo lo relacionado con la detección de PCR, desde los conceptos más básicos como en que consiste la propia PCR hasta el método de detección del cual se va a centrar todo el proyecto, la electroforesis. Posteriormente, se diseña y se fabrica un dispositivo capaz de realizar la detección del resultado de la PCR unificando todos los procesos en un solo dispositivo. La finalidad de este proyecto es la fabricación de un dispositivo compacto y modular con facilidad para su montaje y que permita ser transportado de forma sencilla. As we all know, the recent pandemic caused by SARS-CoV-2 has led to the majority of the population being familiar with or having heard the term PCR (polymerase chain reaction) during the pandemic, until then unknown to the vast majority. This situation has shown Spanish society the importance of research and how the field of medicine, together with biology, is closely related to electronics, specifically with the development of technologies for the diagnosis of viral diseases worldwide. This project covers everything related to PCR detection, from the most basic concepts such as what PCR itself consists of to the detection method on which the entire project will focus, electrophoresis. Subsequently, a device capable of detecting the PCR result is designed and manufactured, unifying all the processes in a single device. The purpose of this project is to manufacture a compact and modular device that is easy to assemble and easy to transport. Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación

La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo y la validación de plataformas lab on chip (LOC) para su aplicación en el campo de la Biología, la Medicina y la Biomedicina, particularmente relacionados con el cultivo de células y tejidos, así como su tratamiento mediante electroestimulación y su actividad eléctrica. Actualmente, las investigaciones centradas en el desarrollo de LOCs han experimentado un crecimiento considerable, gracias, en gran medida, a la versatilidad que ofrecen. Dicha versatilidad se traduce en numerosas aplicaciones, de las cuales, aquellas relacionadas con la Biología y la Medicina, están alcanzando especial relevancia. La integración de sensores, actuadores, circuitos microfluídicos y circuitos electrónicos en la misma plataforma, permite fabricar sistemas con múltiples aplicaciones. Esta tesis se centra fundamentalmente en el desarrollo de plataformas para el cultivo in vitro de tejidos y células, así como para la monitorización y la interacción con dicho cultivo. Los cultivos in vitro resultan de vital importancia para realizar estudios en células o tejidos, experimentar con medicamentos o estudiar su proliferación y morfología. De esta manera, se cubriría la creciente necesidad de encontrar una alternativa para replicar modelos humanos de enfermedades in vitro para poder desarrollar nuevos fármacos y avanzar en la medicina personalizada. Por tanto, la posibilidad de realizar cultivos de media o larga duración en plataformas que no precisen de un equipamiento costoso como las incubadoras de CO2 y que puedan ser monitorizadas mediante aplicaciones ópticas, supone un salto cualitativo en el desarrollo de los cultivos in vitro. En este contexto, se presenta el trabajo relacionado con esta tesis que ha sido desarrollada dentro del grupo de Microsistemas de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla. La tesis está estructurada de manera que a lo largo de este escrito se da respuesta a los distintos aspectos anteriormente descritos. En primer lugar, se hace una breve introducción a la tecnología MEMS y a los principios básicos de la microfluídica. Dado que este trabajo se ha desarrollado en un ambiente multidisciplinar, esta sección resulta necesaria para dar una visión general a aquellos no familiarizados con esta disciplina. Tras esa introducción se realiza una descripción del estado del arte en el que se encuadra este trabajo, incluyendo los sistemas LoCs, y sus principales aplicaciones en el campo de la Biología, Medicina y Biomedicina, prestando especial atención a las aplicaciones de los LoCs relacionadas con cultivos organotípicos y de células. Tras la introducción y el estado del arte en el que se enmarca la tesis, se explican los resultados obtenidos durante este trabajo. Durante la primera parte, se describe el desarrollo, fabricación y caracterización de un sistema autónomo para el cultivo y electroestimulación de tejidos que integra un lab on PCB (LOP) formado por un array de microelectrodos en 3D (MEA) formado por hilos de oro de 25 µm en sustrato transparente, sensores y actuadores, junto con una plataforma microfluídica fabricada en metacrilato (PMMA) y polidimetilsiloxano (PDMS). El LOP permite mantener las condiciones de temperatura idóneas para llevar a cabo cultivos de media-larga duración sin necesidad de usar incubadoras deCO2 , así como su seguimiento de forma continua a través de un microscopio, gracias al uso de materiales transparentes. Este sistema también incluye una electrónica suplementaria y un programa que permite la monitorización del sistema y la electrostimulación de la muestra biológica. Tras explicar detalladamente el diseño y el novedoso proceso de fabricación del LOP, se presentan los resultados experimentales. En primer lugar, se ha demostrado que es posible desarrollar cultivos organotípicos de retinas de ratón durante más de 7 días, obteniendo resultados muy similares a los conseguidos para las mismas muestras biológicas, pero mediante métodos de cultivo tradicionales. Además, se ha logrado la neuro-protección mediante la electroestimulación de retinas de ratón con la enfermedad de la retinosis pigmentaria, logrando de esta manera ralentizar la degeneración de la muestra debido a la enfermedad. Otra de las aplicaciones que se quiere conseguir con el desarrollo del LOP anteriormente descrito se centra en la adquisición de señales eléctricas procedentes de las muestras biológicas cultivadas en el dispositivo, así como extrapolar su uso a cultivos celulares. Para la adquisición de señales procedentes del cultivo, la impedancia de los electrodos fabricados con hilos de oro de 25 µm ha resultado ser demasiado alta como para discernir entre el ruido base y la actividad eléctrica del cultivo. Por ello, la segunda parte de esta tesis doctoral se centra en la mejora de la MEA para la adquisición de actividad eléctrica. Dado el objetivo marcado en esta segunda parte, durante esta tesis se ha realizado una estancia en la Universidad de Bath. En dicha estancia, se ha caracterizado la actividad eléctrica de células del cáncer de próstata (PC-3), que fueron cultivadas en chips de silicio con electrodos de oro. La experiencia obtenida durante la estancia ha permitido avanzar en el desarrollo y la fabricación de nuevas MEAs para la adquisción de señales eléctricas de cultivos celulares. La primera aproximación para mejorar la MEA se ha realizado sobre PCB. Se trata de un dispositivo compuesto por pilares de oro en 3D fabricados mediante la técnica de Resumen XXV electroplating. Estos electrodos tienen 100 µm de diámetro y una altura de 25 µm que aseguran el contacto en el caso de cultivos de tejidos. Se ha demostrado una mejora significativa, traducida tanto en una impedancia más baja, como en una línea base de ruido menor con respecto a la MEA con hilos de oro. Asimismo, se han obtenido patrones de actividad eléctrica en las células PC-3 muy similares a los obtenidos con el chip de silicio y oro empleado en la estancia. Como mejora de la MEA 3D se ha cambiado el sustrato por otro transparente, como vidrio o PMMA, para permitir su uso en aplicaciones ópticas. Dichas MEAs integran electrodos planares fabricados mediante la técnica de sputtering de oro sobre su superficie. Estas MEAs están en una fase preliminar de desarrollo, y se está probando en primer lugar su biocompatibilidad y viabilidad para el desarrollo de cultivos celulares. Para finalizar, se exponen las conclusiones de esta tesis doctoral, entre las que destacan: el proceso de fabricación del LOP con electrodos de oro y la aplicación del sistema completo para desarrollar cultivos organotípicos, monitorizarlos y aplicar electroestimulación, logrando la neuro-protección de retinas de ratón con la retinosis pigmentaria; la transición hacia el desarrollo de una plataforma para cultivos celulares mejorando la MEA y su fabricación usando diferentes sustratos; la caracterización de la actividad eléctrica de las células PC-3. También se incluyen las líneas de investigación abiertas para continuar lo que se ha empezado en esta tesis doctoral. Para facilitar la comprensión del lector, se adjuntan los apéndices complementarios a esta tesis doctoral. The presented thesis is focused on the development and validation of lab on chip (LOC) platforms for their application on Biology, Medicine and Biomedicine, particularly those related with cells and tissues cultures, as well as their treatment through electrostimulation and their electrical behavior. Nowadays, research works focused on the development of LOCs have significantly increased, mostly thanks to its high versatility, which involves countless applications. Among all this applications, those related with Biology and Medicine are becoming more and more important. The integration of sensors, actuators, microfluidic circuits and electronic circuits in the same platform allows the fabrication of systems with lots of applications. This thesis is focused on the development of platforms for in vitro cultures of cells and tissues, to monitor their behavior and interact with the biological samples. The importance of in vitro cultures lies on the study of cells and tissues proliferation and morphology or performing drug delivery experiments. In this respect, through LOC technologies, it would be possible to model human diseases in vitro, in order to improve the development of new drugs and advance personalized medicine. Thus, the possibility of carrying out medium-long term cultures on platforms without the need of any expensive equipment, such as CO2 incubators, with software and monitoring, implies a qualitative step forward in the development of in vitro cultures. Within this framework, the work related to this thesis is presented. This PhD has been undertaken in the Microsystem group of the High School Engineering of the University of Seville. The structure of this thesis is organized in such a way that, all along the text, the different aspects previously described are explained in detail. Firstly, a brief introduction about MEMS technology and the basic principles of Microfluidics is presented. Due to this work has been developed in a multidisciplinary environment, this section becomes necessary in order to give a wide view to those non XXVII XXVIII Abstract directly familiarized with these fields. Subsequently, a description of the state of the art is presented, including LOC systems and their applications in Biology, Medicine and Biomedicine, taking special attention to those applications related to organotypic and cell cultures. After the introduction and the state of the art of the framework of this thesis, the results obtained are presented. In the first part of this PhD, the development, fabrication and characterization of the autonomous system for culture and electrostimulation of tissues is described. This system includes a lab on PCB (LOP) composed of a 3D microelectrode array (MEA), with gold wires of 25 µm on transparent substrate, sensors and actuators, together with a microfluidic platform made of PMMA and PDMS. This LOP allows to maintain the appropriate temperature conditions to carry out medium-long term cultures without using a CO2 incubator, as well as its continuous monitoring through an inverted microscope, thanks to the transparent materials used for its fabrication. This system is connected to an external electronic circuit and a software to control the whole system, including the electrostimulation of the biological sample. After explaining the design and the innovative fabrication process of the LOP, the experimental results are presented. Firstly, it has been demonstrated the suitability of this system to perform organotypic cultures of mice retinas for longer than 7 days, obtaining similar results to the same samples, but cultured through traditional methods. In addition, it has been provided neuroprotection to mice retinal explants with the retinitis pigmentosa (RP) disease through the electrostimulation of the samples, being able to slowdown the degeneration of the retinas caused by RP.

Hoy en día la relación entre cualquiera de los campos de investigación y las tecnologías es muy estrecha, lo que permite que se consigan avances cada vez mayores. En el campo de la medicina y la biología con la incorporación de los dispositivoslab-on-a-chip y point-of-care, a medida que avanza la tecnología PCB-MEMS, se están consiguiendo grandes mejoras como reducir el tiempo y coste de los procesos que se llevan a cabo, así como la posibilidad de realizar pruebas de laboratorio fuera de ellos. Es ahí donde surge el interés por estas tecnologías, lo que permite que el vínculo entre ésta y el campo de la salud sea cada vez más estrecho. En este proyecto se indaga en esta tecnología con la finalidad de desarrollar un sistema electrónico portable para la realización de PCR. Se parte de un diseño heredado el cual se pretende optimizar y mejorar. El nuevo sistema consta de un diseño modular con dos temperaturas: 65ºC y 95ºC. Se sustituye el sistema de impulsión, que hacía que la muestra pasara de un microcalentador a otro y viceversa, por un sistema mecánico. El microcalentador estará fijo a un servomotor que moverá el módulo microcalentador bajo la muestra, que permanece estática. En cuanto a la fabricación, se utilizan procesos de fabricación básicos y materiales de bajo coste siguiendo los objetivos de esta tecnología. Nowdays the line between any of the research fields and technologies is very close allowing even greater advances to be made. In the field of medicine and biology, with the incorporation of lab-on-a-chip and point-of-care devices, as PCB-MEMS technology advances, great improvements are being achieved such as reducing time and cost of the processes that are carried out as well as the possibility of carrying out laboratory tests outside them. This is where the interest in these technologies arises, which allows the link between it and the health field to be increasingly narrow. This project investigates this technology in order to develop a portable electronic system for performing PCR. It starts from an inherited design which is intended to be optimized and improved. The new system consists of a modular design with two temperatures: 65ºC and 95ºC. The impulsion system, which made the sample go from one microheater to another and vice versa, was replaced by a mechanical system. The microheater will be fixed to a servomotor that will move the microheater module under the sample, which remains static. In terms of manufacturing, basic manufacturing processes and low-cost materials are used following the objectives of this technology. Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación

A medida que avanza la tecnología PCB-MEMS y la microfluídica, las aptitudes de los dispositivos lab-on-a-chip aumentan en gran medida a la vez que el coste de producción se hace más bajo.Esta tecnología es una alternativa muy atractiva especialmente para los paises en desarrollo, en los cuales el equipamiento de laboratorio es muy reducido y no da a basto para el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades de gran parte de la población. En esta obra se indaga en esta tecnología y se desarrolla un sistema de control de temperaturas e impulsión de líquidos para aplicaciones lab-on-a-chip, visto el potencial que ofrece este campo de la electrónica. En cuanto a la fabricación, se utilizan materiales de bajo coste y procesos de fabricación básicos,objeto imprescindible para la proliferación de este tipo de tecnologías.Tras el diseño de varios prototipos,se consiguió que el sistema llevara un volumen de 25 mL a dos temperaturas distintas (95ºC y65ºC) y que impulsase satisfactoriamente la muestra entre dos áreas en un PCB de pequeñas dimensiones. As the technology of PCB-MEMS and microfluidics advance, the suitability of lab-on-a-chip devices grow to a large degree as its production costs decline. This technology is a very attractive alternative specially for the developing countries, in which the laboratory equipment is very limited and doesn't provide illness diagnostics and treatment for the majority of the population. This work gets into this technology and develops a temperature control and fluid impulsion system for lab-on-a-chip applications, given the potential that this field of electronics offer. As for the manufacture, low cost materials and basic manufacture processes are used, essential for the proliferation of this kind of technology. After several prototypes, the system was able to heat a volume of 25gL to two different temperatures (95QC and 65QC) and to successfully boost the fluid between two areas of a relatively small PCB. Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales

Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación