MEMS-based Lab-on-chip platform with integrated 3D and planar microelectrodes for organotypic and cell cultures

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 anteriorme
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 environme