El desarrollo de nuevos materiales para la mejora de sistemas analíticos basados en receptores moleculares -principalmente proteínas y ácidos nucleicos- altamente sensibles, con gran capacidad de trabajo y de manejo sencillo, tiene un gran potencial frente a los principales retos planteados hoy en día, como asistencia en tiempo real, detección multianalito, selectividad elevada y portabilidad, entre otros.
Los sistemas analíticos desarrollados en la presente tesis, con diferentes grados de aproximación al “ideal”, se caracterizan por trabajar a escala micro y nanométrica, requerir la inmovilización controlada del elemento de reconocimiento biológico (biorreceptor o sonda) en la superficie, e incorporar un cierto grado de automatización, siendo el objetivo último y fundamental la aplicación de los desarrollos más prometedores a problemáticas concretas, como la puesta a punto de sistemas para diagnóstico clínico o mejora de la seguridad alimentaria.
En consecuencia, durante la realización del trabajo de tesis, se han planteado metodologías para la modificación química de diferentes materiales (silicio y derivados, óxido de tántalo y polímeros orgánicos) y la inmovilización de sondas de biorreceptores para el desarrollo de sistemas de detección óptica de dianas, en formato con y sin marcaje. 
En este sentido, una parte de la tesis aborda la puesta a punto de sistemas de ensayo a escala micrométrica utilizando como plataformas analíticas discos compactos. En este caso, se trata de modificar convenientemente los polímeros que componen ambas caras de los CDs (policarbonato y polimetilmetacrilato) para imprimir micromatrices de reactivos de captura. La lectura de resultados se efectúa a partir de las señales generadas por los trazadores, utilizando un lector de CDs de audio-video estándar. Esta metodología, se ha aplicado a la detección de gripe aviaria en muestras de saliva, así como a la detección de polimorfismos de una sola base (SNPs) para sondas de ADN.
En otra aproximación se ha trabajo con materiales derivados de silicio y óxido de tántalo. Sus propiedades dieléctricas y su rigidez los hacen ideales para el desarrollo de plataformas que integren nanoestructuras, conformando junto con otros elementos sistemas sensores miniaturizados. 
Para materiales silíceos se ha utilizado un dispositivo fotónico, basado en guías de onda tipo slot de nitruro de silicio sobre óxido de silicio, para la detección sin marcaje de los analitos. Estos sistemas permiten la detección de la materia sobre la guía de nitruro y aportan como ventaja la alta sensibilidad de la guía slot. Utilizando estos dispositivos, se han realizado estudios con sistemas biológicos modelo, demostrando la aplicabilidad de estas superficies y su gran potencial para el desarrollo de un dispositivo optoelectrónico integrado multianalito y sensible.
Finalmente, sobre óxido de tántalo, se han investigado las ventajas que presenta la inmovilización covalente de biorreceptores frente a la adsorción. Para ello se ha trabajado con biochips en formato microarray (micromatrices de biorreceptores) de fluorescencia, empleando dispositivos de guía de ondas plana. En estos dispositivos la luz se propaga a través de la superficie de Ta2O5 (elevado índice de refracción) depositada sobre vidrio, de modo que el campo electromagnético generado como consecuencia del guíado de la luz es aprovechado como fuente de excitación de los fluoróforos. Esta metodología se ha aplicado al desarrollo de ensayos de detección de anticuerpos de hepatitis B en suero sanguíneo.