REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA “ESTUDIO DE BIOSENSORES POTENCIOMÉTRICOS.

Presentación del tema: "REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA “ESTUDIO DE BIOSENSORES POTENCIOMÉTRICOS."— Transcripción de la presentación:

1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA “ESTUDIO DE BIOSENSORES POTENCIOMÉTRICOS Y AMPERIMÉTRICOS, APLICADOS AL DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES EN EL SER HUMANO” Trabajo Especial de Grado Presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para Optar al Titulo de Ingeniero Electricista. Realizado por: Br. Arturo A. Montiel G. Asesor Académico: Prof. Miriam Borjas. Maracaibo, Marzo de 2007.

2 CONTENIDO Planteamiento del Problema. Objetivos. Justificación.
Alcance y Delimitación. Situación Actual de los Biosensores. Definición. Componentes del Biosensor. Uso y Aplicaciones. Biosensores Electroquímicos. Biosensores Amperimétricos. Biosensores Potenciométricos. Características de los Biosensores Amperométricos y Potenciométricos. Técnicas de Inmovilización.

3 CONTENIDO Biosensores para el Diagnostico de Enfermedades. Glucómetro.
Oximetría de Pulso. Biosensor para medir pH. Sistema de Transducción en Biosensores. Transductor Electroquímico. Funcionamiento del Acondicionador de Señal de un Biosensor para detectar pH. Propuesta del Diseño del Transductor. Alimentación. Filtro de alimentación. Regulador automático del potencial de Trabajo. Biosensor. Etapas de Amplificación de Corriente.. Medición de Corriente Indirecta. Medición directa de corriente.

4 CONTENIDO Propuesta del Diseño del Transductor (cont.).
Acondicionamiento de la Señal. Etapa de salida para corriente de 4-20 mA. Análisis de Alternativas de Desarrollo. Conclusiones. Recomendaciones.

5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La tecnología del biosensor ofrece una poderosa herramienta analítica combinando una especificidad máxima en su detección, así como una elevada sensibilidad. Uno de los campos con mayor auge en la actualidad es el de la Biomedicina. La aparición de biosensores baratos y fáciles de usar revolucionará la práctica del seguimiento de la terapéutica, permitiendo estudios en mayor profundidad con una base metabólica, seguramente mejorando las pruebas presentes, principalmente físicas, por ejemplo el caso del diagnóstico y monitorización del cáncer. Por ello, se recapitulará y examinará los Biosensores Potenciométricos y Amperimétricos utilizados en la actualidad dándole un enfoque primordial a la detección de enfermedades en los seres humano, para poder prevenir o solventar alguna enfermedad que dependiendo de su característica sea haga difícil su diagnostico. También hay que hacer resaltar que en la Facultad de Ingeniería, específicamente en la Escuela de Eléctrica, se conoce muy poco sobre los dispositivos, su funcionamiento y principales aplicaciones, lo cual abrirá posiblemente nuevas líneas de investigación y de interés en los estudiantes y profesores.

6 OBJETIVOS ESPECIFICOS.
OBJETIVO GENERAL. Estudiar la situación actual de los Biosensores Potenciométricos y Amperimétricos y su Posible Utilización para el Diagnóstico de Enfermedades en Seres Humanos. OBJETIVOS ESPECIFICOS. Realizar un estudio exhaustivo y profundo sobre las últimas tecnologías y desarrollos en cuanto a Biosensores Potenciométricos y Amperimétricos y sus aplicaciones. Realzar aquellas aplicaciones de Biosensores Potenciométricos y Amperimétricos en el diagnóstico de Enfermedades en Seres Humanos. Presentar los circuitos acondicionadores de señales más utilizados y una propuesta de Diseño de aplicación en el campo del diagnóstico de enfermedades.

7 JUSTIFICACION. La investigación sobre el tema implica la integración de la Química, la Física, la Medicina, la Informática y la Biología Molecular, e Ingeniería y es un claro ejemplo de cómo la ciencia puede aplicarse a las demandas sociales actuales. El ejemplo más exitoso y difundido hasta el momento es el biosensor para medir la glucosa en sangre de pacientes diabéticos. Se trata de un dispositivo más pequeño que un teléfono celular, cuyo elemento de reconocimiento es la enzima glucosa oxidasa. El paciente coloca una gotita de su sangre sobre las tiras descartables y en unos segundos conoce su nivel de glucosa. Las potenciales aplicaciones de esta nueva tecnología en las áreas de la salud, los alimentos y el medio ambiente pondrán, en los próximos treinta años, a la ciencia del lado de las demandas sociales actuales, muchas de las cuales, paradójicamente, son producto del impacto que los avances tecnológicos y científicos tienen sobre la vida cotidiana de las personas. La medición portátil y en campo, es decir, sin necesidad de enviar una muestra al laboratorio, que permite la nueva tecnología, es muy útil para medir muchísimas sustancias contaminantes del ambiente perjudiciales para el ser humano.

8 ALCANCE Y DELIMITACION.
Se realizará una Investigación profunda de tipo Bibliográfica y Documental sobre el Tema de los Biosensores Potenciométricos y Amperimétricos, analizando la situación actual y los últimos avances tecnológicos y sus aplicaciones para el Diagnóstico de enfermedades en el ser humano, resaltando como la circuitería electrónica se mezcla con principios Químicos-Biológicos para dar resultados cuantificables de una variable orgánica a medir. La investigación será de tipo Documental; es decir, se recopilará información en Centros Especializados, Universidades, Textos, Revistas e Internet, de manera que abarque toda la información de estudios realizados hasta la actualidad. Respecto al diseño del circuito acondicionador de señal, se realizará en la Universidad del Zulia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Eléctrica, con la asesoria de profesores en el área.

9 BIOSENSORES. Definición. Un Biosensor puede definirse como un instrumento que utiliza un elemento biológico como parte íntima de un sensor y que permite la detección rápida y fácil de las interacciones biomoleculares. Esta detección ocurre en dos niveles; uno en el que las propiedades físicas de la macromolécula cambian debido a la unión de factores biológicos y otro en el que se produce una señal microscópica Electroquímica que permite detectar este cambio. El objetivo de un biosensor es producir una señal electrónica digital, discreta o continua, proporcional a un simple analito o un grupo relacionado de analitos

10 BIOSENSORES. Componentes de un Biosensor. Se compone de tres partes:
El sensor biológico: Puede ser un tejido, un cultivo de microorganismos, enzimas, anticuerpos, cadenas de ácidos nucleicos, etc. El sensor puede ser tomado de la naturaleza o ser un producto de la biología sintética. El transductor: Acopla los otros dos elementos y traduce la señal emitida por el sensor. El detector: Puede ser óptico, piezoeléctrico, térmico, magnético, Amperimétrico, Potenciométrico etc.

11 BIOSENSORES. USO Y APLICACIONES.
Los biosensores pueden ser utilizados ampliamente en el análisis clínico, terapéutica, veterinaria, agricultura, monitorización de procesos industriales y control de polución y medio ambiental. Tienen el atractivo de ser de bajo coste, pequeños, sensibles y fáciles de usar. En la Química, clínicas, en medicina y sesiones terapéutica los Biosensores de mesa de tipo electroquímico se encuentran, por supuesto, en servicio rutinario en laboratorios de bioquímica y clínica para determinar glucosa, ácido láctico, etc.

12 BIOSENSORES ELECTROQUIMICOS
BIOSENSORES AMPERIMETRICOS. En la detección amperométrica, el electrodo se somete a un potencial constante y se mide la corriente eléctrica generada por la conversión electroquímica de la especie redox presente en la disolución. Por tanto, en la interfase electrodo-disolución se produce una transferencia de electrones entre la disolución y el electrodo (reducción u oxidación). Las ventajas de las técnicas amperométricas como transductores son fundamentalmente la elevada sensibilidad y la rápida respuesta que producen. Los electrodos comúnmente utilizados están construidos de materiales como platino, oro o carbono. En íntimo contacto con el electrodo, e inmovilizado por diferentes métodos, se encuentra uno de los componentes de la pareja antígeno-anticuerpo (elemento biológico que responde al proceso eléctrico entre la disolución y el electrodo). La inmovilización del material biológico sobre la superficie del transductor puede llevarse a cabo por diferentes vías como son la utilización de una membrana, adsorción física, uniones covalentes o la formación de polímeros

13 BIOSENSORES ELECTROQUIMICOS
BIOSENSORES POTENCIOMETRICOS. La utilización de transductores potenciométricos se basa en los electrodos selectivos de iones. Estos electrodos, caracterizados por una transferencia de carga a través de una interfase en condiciones de corriente cero y en conjunción con diversas enzimas, como elementos referenciales de la reacción de la concentración de electrolito, permiten su utilización para la detección de distintos elementos de análisis. Por otro lado, la reducción de las dimensiones de los electrodos utilizados en los biosensores potenciométricos puede obtenerse mediante la utilización de dispositivos químicamente sensibles basados en semiconductores. Además de su pequeño tamaño, estos dispositivos pueden beneficiarse de las técnicas estandarizadas de fabricación a gran escala y utilizadas en la industria de semiconductores. El dispositivo representativo de este grupo es el ISFET (transistor de efecto de campo selectivo a iones). Este es un biosensor electroquímico de tipo potenciométrico, que comprende una membrana biológica de curado ultravioleta, así como el método de su aplicación en la determinación de compuestos químicos. Este biosensor se basa en la integración sobre el mismo sustrato de un transductor químico tipo ISFET con estructura ENOS (electrolito-nitruro-óxido-semiconductor) fabricado con tecnología microelectrónica de silicio junto con un electrodo de pseudo-referencia de platino. Sobre el mismo se realiza la inmovilización de una membrana, que incorpora elementos de reconocimiento químico o bioquímico y/o mediadores electroquímicos o cofactores, sensibles a un elemento de análisis.

14 Características de los Biosensores Amperométricos y Potenciométricos.
CARACTERISTICAS DE LOS BIOSENSORES. Alta sensibilidad para el análisis de determinados analitos, incluso a concentraciones de partes por billón. Alta selectividad para que el dispositivo interaccione sólo con el compuesto de interés. Para ello se necesitan elementos de reconocimiento muy específicos. Tiempo de vida largo. Las nuevas alternativas basadas en moléculas biomiméticas cuentan con una vida media mayor que los componentes biológicos. Bajo coste Tiempo de análisis corto que posibilite una actuación rápida en caso de detectar problemas Manejo sencillo Análisis en tiempo real. Esta característica es importante en el control de procesos Portátiles (realización de análisis in situ) Requerimientos operativos mínimos. Es el caso de los biosensores que incorporan moléculas biomiméticas. Capacidad de multi-análisis. Determinación de diferentes analitos de forma simultánea) Versatilidad que permite el diseño de dispositivos a la carta

15 Técnicas de Inmovilización.
Una etapa clave en la construcción de un biosensor Amperimétrico o Potenciométrico es la inmovilización del elemento de reconocimiento sobre una membrana o matriz, que a su vez se fija a la superficie del transductor. Este material de base puede actuar únicamente como soporte del componente biológico o participar además en la transmisión de la señal al sistema de transducción (por ejemplo, mediante la inclusión de mediadores para las reacciones redox). Entre las técnicas empleadas las más comunes son la adsorción física, el atrapamiento, el entrecruzamiento o reticulado (cross-linking) y la formación de enlaces covalentes. La elección de uno u otro procedimiento depende de la naturaleza del elemento biológico, el tipo de transductor, las propiedades físico-químicas del analito y las condiciones de trabajo del biosensor

16 Biosensores para el Diagnostico de Enfermedades.
Glucómetro. El principal factor para evitar el deterioro de órganos importantes como los riñones, la vista y otras complicaciones graves en personas que padecen diabetes es mantener los niveles de glucosa en valores óptimos, situación que se puede alcanzar con un régimen nutricional, medicación y ejercicio. El Glucómetro un Aparato para apreciar la cantidad de azúcar que tiene un líquido, en nuestro caso en la sangre, Estos aparatos portátiles, digitales y de lectura rápida nos permiten la auto evaluación teniendo resultados que alcanzan una exactitud de 98 por ciento, resultados comparables ya con las pruebas que realizan en un laboratorio clínico, en solo unos segundos.

17 Biosensores para el Diagnostico de Enfermedades.
Oximetría de Pulso. La oximetría de pulso es una técnica no invasiva, que permite medir la saturación de oxígeno en la hemoglobina en sangre (produciendo graves trastornos en la producción de células que ayudan a la destrucción de las carboxihemoglobinas; células con contenido de dióxido de carbono dañinos y ubicadas en la sangre). En la actualidad está bien establecida y su cualidad de no invasiva ha favorecido su uso generalizado en diversos servicios hospitalarios. Está basada en la comparación de la transmisión de la radiación luminosa de dos longitudes de onda diferentes traducida en el cambio de potencial en tejidos vascularizados. Los sistemas comerciales usan como emisores diodos electro-luminiscentes (LED) en el rojo ( nm) e infrarrojo ( nm) para así obtener un mayor contraste entre la oxihemoglobina y la hemoglobina reducida.

18 Biosensores para el Diagnostico de Enfermedades.
Biosensor para medir pH. El electrodo de vidrio o Biosensor de pH actualmente constituye la pieza fundamental en la medición electrométrica del pH. Junto con el electrodo de calomel, se encuentran ampliamente difundidos y a la fecha no existe otro sistema para la medición electrométrica que tenga la misma versatilidad y precisión. El principio bajo el cual trabaja el electrodo o Biosensor de vidrio fue descubierto, en forma accidental por McInnes y Dole, cuando observaron que el vidrio que empleaban en sus investigaciones mostraba cierta sensibilidad a las variaciones de pH La varilla de soporte del electrodo es de vidrio común (o plástico), no conductor de cargas eléctricas mientras que el bulbo sensible, el extremo sensible del electrodo, se construye con este vidrio de formulación especial, conocido como "vidrio sensible al pH" (en realidad, es vidrio polarizable). El vidrio de pH es conductor de cargas eléctricas porque tiene óxido de litio dentro del cristal, además de óxido de sílice, de calcio y algunos otros, la estructura del vidrio es tal que permite el intercambio de iones litio por iones de hidrógeno en solución acuosa, de modo que se forma una capa (fina) hidratada. Se crea así un potencial (del orden milivolts) a través de la interfase creada entre el vidrio (en el "seno" del vidrio) y la solución acuosa. El voltaje creado hacia el interior del bulbo es constante porque se mantiene su pH constante (mediante una solución buffer de pH 7) de modo que la diferencia de potencial depende sólo del pH del medio externo. La incorporación de un alambre (usualmente de Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador.

19 Sistema de Transducción en Biosensores.
Transductor Electroquímico. Los transductores electroquímicos transforman la señal que se produce por la interacción entre el sistema de reconocimiento y el analito a detectar en una señal eléctrica. Proporcionan información analítica cuantitativa o semicuantitativa específica. El elemento de reconocimiento biológico y el elemento de transducción deben estar en contacto. Se diferencian cuatro tipos de biosensores electroquímicos que son conductimétricos, potenciométricos, amperométricos en función de si detectan cambios en la conductividad, en el potencial, en una corriente generada o en la impedancia. En general se utilizan junto con elementos de reconocimiento biocatalíticos ya que las reacciones enzimáticas generan aparición de sustancias electro activas, cambios en el pH o en el potencial

20 Sistema de Transducción en Biosensores.
Funcionamiento del Acondicionador de Señal de un Biosensor para detectar pH. El método determina el pH midiendo el potencial generado (en milivolts) por un electrodo; este potencial se compara contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medición. El sistema actual de medición de pH es, por excelencia, el electrodo de combinación. Su nombre deriva de la práctica inicial en que el electrodo sensor de H+ estaba separado del electrodo de referencia; la combinación de ambos en una sola estructura llevó a su nombre actual. Sin embargo, la práctica industrial sigue utilizando electrodos de referencia y de pH separados, porque permite señales y procedimientos más confiables que, en ciertos casos, resultan más controlables y de menor costo.

21 Sistema de Transducción en Biosensores.
Adquisición de la Señal: Aún una corriente muy pequeña pasando a través de las altas resistencias de cada componente del circuito (especialmente el electrodo de la muestra), produciría caídas de voltaje substanciales en las resistencias, redujendo seriamente el voltaje visto por el voltímetro. Para empeorar las cosas, el voltaje diferencial generado por el electrodo de la muestra es muy pequeño, del orden de los milivolts. El sistema de adquisición que se utilice para esto deberá ser muy sensible y tener una resistencia de entrada extremadamente alta para contrarrestar el efecto anterior y mejorar La adquisición de la señal. Es un ejemplo de circuito adquisidor de alta precisión. Usa amplificadores de entrada FET, con pequeñas corrientes de vías, mucho menores que un pA. Se usan amplificadores diferentes para cada una de las señales de los electrodos, para que el voltaje y la corriente de offset, y otros efectos sea similares y luego cancelados. La segunda etapa suprime el modo común y los cables blindados reducen interferencias. Finalmente, luego de tener la señal amplificada se usa un conversor analógico digital, de por lo menos 14 bits, para trabajar con los datos adquiridos mediante software, y almacenarlos y presentarlos de la forma más conveniente.

22 Sistema de Transducción en Biosensores.
Tratamiento de Señales entendiendo como sensor la combinación de los electrodos de pH, el circuito amplificador de precisión y el conversor A/D, el post tratamiento de una señal adquirido con uno de estos sensores debería incluir alguna clase de filtro pasabajo. Dado que la señales de pH son de dinámica lenta, las altas frecuencias que se observen en la señal serán, sin duda, debidas al ruido. Se podrían agregar módulos de calibración, en base a alguna señal patrón que se haya medido. Para alguna aplicación en particular podría generarse estadísticas y reportes, detección de picos, cálculo de promedios, etc.

23 Propuesta del Diseño del Transductor.
En teoría el diseño de biosensores es bastante sencillo, sin embargo al intentar acoplar los componentes mínimos del sistema pueden aparecer problemas que hagan inviable el proyecto. El diseño de un biosensor se plantea cuando se necesita estimar la presencia de alguna molécula determinada en un medio. El primer paso consiste en encontrar un catalizador adecuado que provoque la formación de un producto a partir de la molécula problema y que pueda ser estimable por el transductor. La elección de dicho catalizador es muy importante y es la que delimitará el tipo de transductor a emplear. Así, si en la reacción se van a producir protones será necesaria la utilización de un sistema potenciométrico capaz de estimarlos. Una vez elegido el catalizador y para que el sistema sea viable es necesario insolubilizarlo. La inmovilización del catalizador permite la reutilización del sistema.

24 Propuesta del Diseño del Transductor.
Alimentación del Biosensor. En implementaciones industriales por lo general los sensores son alimentados con 24 (V) desde un computador, PLC u otro dispositivo similar. No obstante la señal no es muy ‘limpia’, es decir; contiene ruido electromagnético, que dificulta su utilización sin un previo filtraje Filtro de Alimentación. Compensar efectos de ruido en la alimentación es una cuestión de importancia en cualquier circuito de precisión. A continuación se presenta una alternativa para eliminar el ruido de modo común y diferencial. Además se construye a partir de 0/24 (V) de la alimentación, +Vcc/0/-Vcc (V) para el resto del circuito. Al observar la FIGURA, se puede apreciar que el ruido de modo común es absorbido por los condensadores C1 y C2, las bobinas enrolladas en sentido contrario sobre un núcleo de ferrita aumentan las perdidas por inserción para el ruido en modo diferencial, finalmente los condensadores C3 y C4  filtran el ruido que pudiese quedar, además de suministrar +Vcc, -Vcc y neutro (0 [V]).

25 Propuesta del Diseño del Transductor.
Regulador automático del potencial de Trabajo. Al utilizar un biosensor es necesario conocer sobre el comportamiento redox de la especie involucrada. Basándose en una tabla de datos de voltaje aplicado vs. corriente de oxidación se puede detectar el nivel de tensión que se debe aplicar (voltaje de trabajo) para obtener una corriente máxima. A partir de los +/-Vcc [V] de alimentación se debe crear el voltaje de trabajo para los electrodos del biosensor. En la detección de glucosa con un biosensor basado en oxidasa-grafito-epoxy el voltaje de trabajo es de 1.1 V, para lo cual se desarrolló el regulador de voltaje simétrico mostrado en la FIGURA. El regulador contiene una primera etapa simétrica que contiene dos TL431 (Diodo Tener activo que integra una fuente de tensión) que fijan un voltaje menor al de alimentación y bastante estable. Luego se ajusta el voltaje de trabajo (positivo y negativo) con un divisor resistivo, precedido por una etapa reguladora (realimentación negativa) estructurada a partir del integrado TL084.

26 Propuesta del Diseño del Transductor.
Biosensor. La implementación física del biosensor se desarrolló en un prototipo como el de la FIGURA (a). Para la detección de enfermedades en los seres humanos. Este prototipo esta sujeto a eventuales cambios en caso de no cumplir condiciones prácticas básicas de funcionamiento como: alta sensibilidad, alta fiabilidad, tiempo de vida y tiempo de análisis. Un esquema con la manera en que se efectúan las conexiones se muestra en la FIGURA (b). Cabe destacar que la corriente Im corresponde a la corriente que se genera debido a la reacción en el medio en donde está inserto el biosensor, a si mismo Ir es la corriente producida por la enzima alcohol-oxidasa y el etanol presente en el medio.

27 Etapas de Amplificación de Corriente.
Medición de Corriente Indirecta. La medición de la corriente Ir permite tener una muy buena aproximación de la concentración de glucosa en el medio, por ello esta etapa es clave para alcanzar los objetivos planteados desde un comienzo. En el esquema de la FIGURA (a) Se puede observar dos etapas amplificadoras en cascada basadas en el LMC6001 (Ultra Ultra-low Input Current Amplifier), este circuito integrado permite amplificar la señal desde el biosensor de tal forma que el voltaje de salida +Vs pueda ser incorporado en una etapa posterior para el acondicionamiento (4 –20 mA).

28 Etapas de Amplificación de Corriente.
Medición directa de corriente. La otra alternativa que se piensa ensayar es la de usar un amplificador de transimpedancia como integrador conmutado, el cual presenta interesantes ventajas desde el punto de vista de la perturbación en la medición producto del ruido. En los amplificadores de transimpedancia convencionales, la corriente fluye a través de la resistencia de realimentación para crear un voltaje de salida proporcional a ella, sin embargo, como la ganancia de transimpedancia está determinada por la resistencia de realimentación, valores muy grandes son necesarios para medir señales de corriente muy pequeñas. Valores que exceden los 100 (MW) son comunes. En cambio, en el ICV 102 la corriente de entrada fluye a través del condensador de realimentación cargándolo a una velocidad que es proporcional a la magnitud de la corriente. Para el caso de una corriente de magnitud constante, y después de un tiempo de integración Tint se tiene que el voltaje de salida es: La ganancia de transimpedancia efectiva es Tint/Cint, la cual es muchas veces mayor que la que se podría lograr con los amplificadores convencionales de transimpedancia. Además, el comportamiento integral del IVC102 reduce el ruido al promediar el ruido de entrada del sensor, amplificador, y de fuentes externas. FIGURA (b).

29 Propuesta del Diseño del Transductor.
Acondicionamiento de la Señal. En el ámbito Medico e industrial se estila trabajar con corrientes entre 4 y 20 (mA), luego en una interfase debería considerar este aspecto. A continuación un esquema con un diseño para implementar lo anterior. La señal +Vs es sumada al voltaje necesario para lograr ajustar la salida a 4 mA para señal nula (ajuste de cero), luego esta señal compuesta es la referencia del controlador de corriente, que es la etapa de salida propiamente tal. La medición de la corriente de salida se realiza mediante un amplificador operacional en configuración diferencial, la salida del amplificador es realimentado al controlador de corriente. La salida del controlador de corriente actúa sobre la base del transistor Q1 el cual fija la corriente definida por +Vs. El ancho de escala (Span) es ajustado variando R5.

30 Propuesta del Diseño del Transductor.
Análisis de Alternativas de Desarrollo. Básicamente las alternativas de desarrollo se centran en distintas implementaciones de la etapa de amplificación de corriente. Las otras etapas son necesarias en cualquier, ya que siempre será necesario filtrar ruido y acondicionar la señal para uso Medico e industrial. Una de las alternativas desarrolladas consta del circuito integrado LM6001, amplificador de ultra baja corriente. La otra alternativa involucra el integrado ICV102, precision switched integrator transimpedance amplifier.

31 Conclusiones. Para el desarrollo de este trabajo de investigación, la revisión de la documentación bibliográfica existente tuvo una alta relevancia, ya que es un tema en continuo desarrollo y de gran interés para el mundo Médico-electrónico. En la Universidad del Zulia; ni en la Facultad de Ingeniería y en la Facultad de Medicina, no existe información documental la cual permita al estudiante profundizar sobre el tema en cuestión, lo cual dificultó la realización de la misma. También podemos concluir, que estos dispositivos analíticos (Biosensores) pueden detectar y cuantificar microorganismos y compuestos que afectan a la salud humana. Asimismo, permiten la monitorización en tiempo real de diversos procesos Médicos, como el control de azúcares, pH, oxigeno, etc. En intervenciones quirúrgicas. En términos generales, se trata de dispositivos de análisis que combinan de forma eficaz la especificidad y selectividad que ofrecen las reacciones biológicas con el altísimo poder de procesamiento de los últimos desarrollos de la moderna electrónica. Presentan una serie de características enormemente ventajosas si se comparan, todas ellas combinadas, con las técnicas de análisis convencionales (cromatografía, espectrometría).

32 Conclusiones. Un sensor químico (Biosensor) está formado por dos partes. Un elemento de reconocimiento molecular que interactúa selectivamente con un determinado componente de la muestra y un elemento instrumental formado básicamente por un ‘‘transductor’’ de la señal producida cuando reconoce la molécula. Ambas partes puede encontrarse físicamente separadas o integradas en el transductor. Éste, según el caso, convierte las señales primarias de reconocimiento (eléctricas, ópticas, térmicas o de masa) en señales secundarias, normalmente de campo eléctrico. Esta configuración tan simple de reconocimiento y transducción es la que ha permitido el diseño de una instrumentación con características prácticas e innovadoras en el campo del análisis médico. El Biosensor Amperométrico, el electrodo se somete a un potencial constante y se mide la corriente eléctrica generada por la conversión electroquímica de la especie redox presente en la disolución. Por tanto, en la interfase electrodo-disolución se produce una transferencia de electrones entre la disolución y el electrodo (reducción u oxidación). En general, la detección de la reacción de afinidad (mediante un Biosensor Amperométrico), precisa de la utilización de elementos referenciales, fundamentalmente enzimas oxidoreductasas, que posibilitan la detección amperométrica de la reacción (movimiento de los electrones) que tiene lugar entre el anticuerpo y su analito específico. En los Biosensores Potenciométricos, la utilización de transductores potenciométricos se basa en los electrodos selectivos de iones. Estos electrodos, caracterizados por una transferencia de carga a través de una interfase en condiciones de corriente cero y en conjunción con diversas enzimas, como elementos referenciales de la reacción de la concentración de electrolito, permiten su utilización para la detección de distintos elementos de análisis.

33 Conclusiones. Cabe señalar que existe una gran cantidad de investigación orientada hacia estos Biosensores (Amperimétricos y Potenciométricos). Sin embargo, aún existe una cantidad importante de problemas por resolver. Un gran problema se refiere al funcionamiento del sensor, el cual se degrada con el tiempo y en ocasiones de manera impredecible. Por lo que estos Biosensores son calibrados con regularidad, o sólo antes de su uso. Por supuesto que un Biosensor de glucosa sanguínea que proporciona lecturas en un periodo de 1 00 días, no puede ser usado en un páncreas artificial. Por lo tanto, mientras hay muchas aplicaciones potenciales para los Biosensores químicos, su uso es a menudo complicado por los requerimientos de calibración. En la actualidad existen dos retos tecnológicos que surgen de la concepción inicial de los propios biosensores, así como del grado de desarrollo de alguna de las tecnologías implicadas en el proceso y/o su combinación en el dispositivo final: La propia naturaleza del biosensor limita, en ocasiones, su tiempo de vida útil. Los elementos de reconocimiento biológicos tienen una duración corta y son sensibles a las variaciones externas. Asimismo, precisan unas condiciones ambientales controladas durante su uso y almacenamiento y su inmovilización en la superficie del transductor puede ser problemática. En cuanto a los sistemas de transducción las dificultades radican mayoritariamente en el diseño de circuitos de dimensiones reducidas y en el conocimiento de los fenómenos que ocurren a escala de micro y nanómetros junto a la falta de materiales y procesos de fabricación que cubran ciertas necesidades operativas (mínima interacción con la muestra, eliminación de ruidos).

34 Conclusiones. Se ha de tener en cuenta que los biosensores no suponen una tecnología de sustitución de las tecnologías analíticas convencionales, sino que representan alternativas interesantes para demandas concretas. Frente al carácter generalista de tecnologías convencionales como la espectrometría de masas o las distintas cromatografías, con equipos costosos que permiten analizar amplios espectros de compuestos, los biosensores son específicamente diseñados para la detección y/o cuantificación de uno o unos pocos analitos, como respuesta a problemas concretos. Esta concreción del propósito del biosensor permite el diseño de dispositivos “a la carta”, combinando las diferentes tecnologías implicadas en los elementos de reconocimiento, los sistemas de inmovilización y los sistemas de transducción de señal. Es precisamente esta capacidad de diseño a medida, la que hace deseable y necesaria una implicación de la industria Medica, como usuaria final de la tecnología, en el desarrollo de estos dispositivos. Por ultimo, y no menos importante el diseño o concepto de diseño plasmado por el autor, es un prototipo no evaluado pero que permitirá dar un primer paso en la construcción de un dispositivo poco familiarizado en esta localidad. Diseñar un transductor para nuestro caso, implica en primer lugar, definir las características generales del mismo, como por ejemplo la frecuencia de operación, forma de operación (contacto o inmersión), etc., las cuales se obtienen a partir de cual será su aplicación. Luego se debe proceder a determinar las características de los elementos básicos que lo componen para alcanzar el funcionamiento deseado.

35 Recomendaciones. Como primera etapa debe Ampliarse y actualizarse la poca información que se consiguen en los diferentes entes de la Universidad del Zulia, al respecto de este tema tan importante. Se deben abrir campos de desarrollo en este tipo de tecnología, debido a su importancia social en el cuidado y prevención de los males que aquejan a los seres humanos. Se recomienda fomentar la creación de bases de datos de revistas académicas de diversas áreas en esta tecnología, en idioma español, para hacerlas accesibles a investigadores, profesores y estudiantes de otras facultades y universidades, a fin de facilitar el acceso a informaciones y conocimientos que motiven la realización de este tipo de estudios. Por ultimo se recomienda la continuación de este trabajo de grado para la realización o ejecución física de un tipo Biosensor capaz de sensar o monitorear algún elemento dañino, perjudicial para la salud de un ser humano y que también sea capaz de brindar un apoyo sustancial sin fines de lucro y que le llegue a la gente en una manera social.