En un món ideal, podríem ser capaços de detectar ràpidament i classificar qualsevol tipus de substància química i biològica que es trobés en baixes concentracions, utilitzant instruments petits i de fàcil ús. És en aquest escenari on va aparèixer l'espectrometria de mobilitat iònica (IMS). Es tracta d'una tècnica de mesura i anàlisi, on els analits ionitzats es separen per diferències de mobilitat sota la influència d'un camp elèctric en un flux de gas neutre o d'aire a pressió i temperatura ambient. Els avantatges de l'IMS inclouen instrumentació compacte i portàtil, un temps de separació curt (escala de mili-segons), i uns límits de detecció baixos, i permeten una àmplia gamma d'aplicacions. En aquest sentit, un esforç intens de recerca s'ha enfocat cap a la miniaturització dels dispositius d'IMS disponibles vers als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d'ona asimètrica i d'alt camp (FAIMS). En aquesta tesi es presenten els primers desenvolupaments i contribucions tecnològiques als FAIMS en el IMB-CNM (CSIC). En particular, aquest treball està dedicat a la simulació, disseny, i fabricació d'un micro FAIMS planar (p-FAIMS) per a aplicacions de seguretat. El treball s'organitza en cinc capítols dividits en dues seccions. La primera secció consta de tres capítols. El primer capítol és introductori i en el segon capítol s'introdueix al lector en l'actual estat de la tècnica de l'espectrometria de mobilitat iònica en general i en particular per als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d'ona asimètrica i d'alt camp. El tercer capítol descriu el modelatge d'un tipus de FAIMS planar per a diferents camps elèctrics i condicions de flux. La segona part consta de dos capítols. El quart capítol presenta un resum dels diferents dissenys i materials considerats per a la implementació del p-FAIMS: estructures Vidre-Si-Vidre i PCB-PMMA-PCB, les tasques tecnològiques fetes per cada un i les estratègies de solució que hi han conduit. La fotoionització UV ha estat l'escollida com a mètode de ionització en tots els casos per raons de seguretat. També es presenta la caracterització amb toluè del nou prototip de p-FAIMS de baix cost fabricat a l'IMB-CNM. El cinquè capítol es presenta un resum de l'estudi de la viabilitat del monitoratge d'un fàrmac analgèsic (remifentanil) en l'alè de pacients sota anestèsia. Un espectròmetre de mobilitat iònica comercial s'utilitza per a aquesta aplicació mèdica en col·laboració amb el KIST-Europe i la Chirurgische Universitätsklinik d'Homburg (Alemanya).In an ideal world, we might be able to rapidly detect and classify any type of chemical and biological that is found in low concentrations, using instruments of small size and easy implementation. Is in that scenario where the Ion mobility spectrometry (IMS) appeared. It is a technique of measurement and analysis, where ionized analytes are separated by mobility differences under electric field in a flow of neutral gas or air at ambient pressure and temperature. The advantages of IMS include compactness and portability of instrumentation, short separation time (milliseconds scale), and low detection limits, and allow a wide range of applications. In this sense, an intense research effort has been focused towards miniaturization from the available IMS's devices to the micro high-Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometers (FAIMS). This thesis presents the first developments and technological contributions to the FAIMS at IMB-CNM (CSIC). Particularly, this work is dedicated to the simulation, design, and fabrication of a micro planar FAIMS (p-FAIMS) for security applications. The work is organized in five chapters divided in two sections. The first section consists of three chapters. Chapter one is introductory, and on Chapter two introduces the lector to the actual state-of-the-art of the Ion Mobility Spectrometry in general and in particular for the micro high-Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometry. Chapter three described the modeling of a planar type of FAIMS for different electric fields and flow conditions. The second section consists of two chapters. Chapter four provides a summary of the different designs and materials considered for the p-FAIMS implementation: Glass-Si-Glass and PCB-PMMA-PCB structures; the technological tasks done for each one and the solving strategies that have leaded to it. UV photoionization has been the chosen as ionization method for safety reasons in all cases. It also presents the characterization with toluene of the new low-cost p-FAIMS prototype fabricated in the IMB-CNM. Chapter five provides a summary of the feasibility study of an online-monitoring of an analgesic drug (remifentanil) in patients breath under anesthesia. A commercial Ion Mobility Spectrometer is used for this medical application in collaboration with the KIST-Europe and the Chirurgische Universitätsklinik from Homburg (Germany)
