Download Los transductores biomédicos tienen una gran importancia dentro

2015
TRANSDUCTORES
BIOMÉDICOS
CARLOS ALONSO PICHARDO VERGARA
GERARDO SAUCEDO URIBE
NORMAN ADRIANO MERINO JAMES
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Los biosensores, al igual que cualquier otro tipo de instrumento, han evolucionado
a lo largo de la historia. Podríamos decir que los primeros biosensores fueron los
canarios; ya que estas aves se utilizaban antiguamente en las minas de carbón para
detectar gases tóxicos.
Los canarios mueren antes que las personas en presencia de monóxido de
carbono o metano y como suelen estar cantando la mayoría del tiempo el hecho de
que no lo hicieran se convertía en una alarma sonora.
Pero, al margen de este hecho, se puede decir que el padre de estos
dispositivos es Leland C. Clark Jr., que en 1956 finalizó sus trabajos con el electrodo
de O2, pero no se conformó y con la idea de ampliar su uso al de medir más analitos
en el cuerpo humano, en 1962 propuso hacer sensores “más inteligentes”.
Lo que él quería decir con esto era que sería una buena idea combinar las
enzimas y otros materiales biológicos con los sensores electroquímicos que había
hasta esa época. Con esta idea, y con la ayuda de Lyon, construyó el primer
biosensor. Este consistía en un electro de O2 con la enzima glucosa oxidasa
inmovilizada.
Este biosensor permitía relacionar directamente la concentración de glucosa
con la disminución de la concentración de oxígeno. Posteriormente, Guilbault y
Montalvo detallaron el primer electrodo enzimático potencio métrico basado en la
inmovilización de la enzima ureasa sobre un electrodo selectivo de amonio.
Nuestro cuerpo constantemente está emitiendo impulsos ya sea los latidos
del corazón, las contracciones de los músculos o la actividad cerebral. Toda esta
energía toma el nombre de biopotenciales y puede ser detectada por equipos de
medición para convertirla en energía eléctrica y a su vez convertirla en información
perceptible para un médico. Un biopotencial lo genera la diferencia de potencial
(voltaje) medida entre el interior y exterior de la célula.
En la medición de los biopotenciales se utilizan varias clases de electrodos
especializados. La función de estos electrodos es acoplar los potenciales iónicos
generados por el cuerpo a un instrumento electrónico. Los electrodos empleados
para la medición de los biopotenciales se clasifican en no invasivos (por encima de
la piel) e invasivos (dentro del cuerpo) a estos electrodos se les llama
biotransductores.
Un transductor es un dispositivo que convierte cualquier tipo de energía en
energía eléctrica para propósitos de medición o control. En la medicina se utilizan
los biotransductores para detectar los biopotenciales que nuestro organismo emite
y así el medico podrá utilizar la información recaudada para formar un diagnóstico.
Muchos de los tipos de biotransductores que se utilizan en la medicina actual
no tienen ni 50 años desde su invención, en el pasado el medico tenía que utilizar
sus sentidos para detectar e interpretar los biopotenciales de un paciente por
ejemplo tomar su ritmo cardiaco, en la actualidad existen biotranductores que miden
las pulsaciones de un corazón con exactitud, tiempo atrás el medico colocaba su
mano en un punto sensible donde sintiera las pulsaciones del corazón y tomaba el
tiempo para calcular el ritmo cardiaco.
Uno de los predecesores de algunos biotransductoes es el estetoscopio
creado en 1816 por el Medico Rene Laennec, este instrumento de auscultación
amplifica los sonidos internos de nuestro cuerpo y así el medico podrá interpretarlos
de mejor manera.
Dentro de los transductores más utilizados en el ámbito médico, destacan por
su facilidad de uso y su económica producción además de la importancia de su uso
en la materia, la siguiente lista recopilada de las diferentes fuentes bibliográficas
utilizadas en esta investigación.
Tipos de Transductores Utilizados en el Ámbito Médico
TRANSDUCTORES INDUCTIVOS.
Casi cualquier propiedad eléctrica que pueda, bajo la influencia de un estímulo
físico, ser hecha variar en forma predecible, puede ser utilizada como transductor
del estímulo.
La inductancia, es una medida de la oposición a un cambio de corriente de
un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético,
y se define como la relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente
eléctrica que circula por la bobina y el número de vueltas del devanado. La
inductancia, por ejemplo, puede ser variada fácilmente mediante el movimiento de
un núcleo permeable dentro de una bobina. Así, la inductancia puede utilizarse para
hacer transductores.
TRANSDUCTORES CAPACITIVOS.
En un transductor capacitivo se hace que la capacitancia cambie cuando se aplica
un estímulo. Frecuentemente se utilizan los traductores capacitados para detectar
desplazamientos mecánicos al moverse una o ambas placas del capacitor.
En casi todas sus variedades, el transductor capacitado utiliza una placa fija
y una placa móvil, la cual cambia su posición bajo la influencia del estímulo.
TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA
Existen distintos métodos para medir temperatura (ópticos, mecánicos, eléctricos)
pero los eléctricos son los más usados para la construcción de biosensores
térmicos debido a que la señal eléctrica puede obtenerse directamente de la
variación de la temperatura.
Hay tres tipos de transductores de temperatura comunes: termopares,
termistores (RTDs) y uniones PN de estado sólido. De estos, los últimos dos son los
más aplicados en equipos clínicos, en tanto que los 3 tienen una amplia aplicación
en investigación biomédica y biofísica.
• Un termopar consiste en dos conductores no similares unidos en uno de sus
extremos. Debido a que los conductores son de materiales diferentes, cuando
secalienta la unión se produce un potencial en otras palabras un milivoltaje.
• Los termistores son resistencias que, ante cambios en temperatura, cambian su
valor en forma predecible. Un dispositivo con coeficiente de temperatura positivo
incrementa su resistencia cuando se incrementa la temperatura, mientras un
dispositivo de coeficiente negativo disminuye su resistencia cuando se incremental
a temperatura.
• La última clase de transductor de temperatura es el diodo de estado sólido de
unión PN .presenta una ventaja distinta sobre los otros: es ampliamente lineal sobre
todo el rango de temperatura. Así, el voltaje de salida puede ser procesado por un
simple amplificador y no requiere de una etapa adicional para linealizar el resultado.
TRANSDUCTORES FOTOELÉCTRICOS
Se basan en la medición de la variación de las propiedades ópticas de un medio o
un receptor inmovilizado. La luz puede atravesar, reflejarse o emitirse del material
analizado. En medición de eventos fisiológicos en seres vivos los transductores
fotoeléctricos son empleados en 2 formas:
• Como detector de cambios en la intensidad de la luz de una cierta longitud de
onda.
• Como detector de intensidad de la luz en donde la longitud de onda no es
relevante.
Básicamente hay 3 tipos de transductores fotoeléctricos:
A. Los tubos fotoemisores en el cual se liberan electrones de una superficie
metálica.
B. Las celdas fotovoltáicas, donde se produce una diferencia de potencial entre
2substancias en contacto.
C. Las celdas fotoconductivas, como la fotorresistencia, donde ocurre un cambio en
conductividad.
Aplicaciones de los Transductores Biomédicos en el Ámbito Medico
Los transductores biomédicos tienen una gran importancia dentro del ámbito
médico, ya que algunos de ellos son imprescindibles a la hora de realizar un
diagnóstico correcto de diferentes patologías.
Dentro de la ginecología y obstetricia, figura como uno de los principales
transductores biomédicos, el Ultrasonido o Sonograma el cual es una herramienta
indispensable para el seguimiento de las diferentes etapas del embarazo, desde el
diagnostico de un embarazo hasta las últimas revisiones del producto dentro de la
madre, días antes de nacer.
Esta tecnología funciona por medio de un transductor que mandan una señal
ultrasónica continua que choca con el tejido el cual se está analizando y rebota
mandándola a un monitor convertida en una señal eléctrica de imagen mostrando
el tamaño y disposición de dicho tejido.
Además de sernos útil para monitorear el crecimiento del producto durante el
embarazo, esta herramienta lleva vital importancia para el diagnóstico de
importantes patologías, como lo son, los quistes de ovario, o tumores cervico
uterinos.
El ultrasonido nos sirve además para diagnosticar diferentes patologías en
otras áreas médicas, como lo son casos de apendicitis, inclusive tumores en los
senos tanto en mujeres, como en hombres. Con esta herramienta técnico de la salud
puede brindar al médico una imagen y descripción clara de órganos y tejidos para
su correcto diagnóstico y tratamiento.
Otro de los transductores más usados dentro del diagnóstico médico, es el
electrocardiógrafo, el cual es utilizado para diagnosticar diferentes patologías
cardiacas, este es el método más utilizado para este fin, ya que su lectura es muy
precisa.
Para la adquisición analógica, se ha procedido del siguiente modo: tomamos
la señal electrocardiográfica del usuario a través de los electrodos, y estos a su vez
se encuentran conectados al circuito a partir de cable apantallado que permite la
eliminación de ruidos, los electrodos que se utilizaran serán de los de tipo superficial
por su facilidad de manejo y economía.
La derivación que se utilizara será la siguiente: un electrodo ira a la altura del
corazón (encima), el otro electrodo ira en la parte derecha a la altura intercostal y
un último electrodo que servirá como referencia y va a la altura de la cintura en la
parte izquierda.
Con la utilización de esta herramienta podremos diagnosticar la velocidad
con la que late el corazón, podremos verificar que el ritmo de los latidos sea el
correcto, el efecto que tienen ciertos fármacos sobre él, así como el tamaño y
disposición de cada una de las cámaras del mismo.
Otro transductor muy común en el ámbito médico es el tococardiografo, instrumento
mediante el cual se registra la actividad cardiaca del bebe dentro de su madre. Este
es un método no invasivo en el cual se registra por medio de un transductor
ultrasónico el choque de las ondas de sonido emitidas por el corazón del bebe, con
las ondas de sonido producidas por el aparato.
Este aparato nos permite detectar el estado de salud del bebé mediante su
frecuencia cardiaca, pudiendo diagnosticar un posible sufrimiento fetal dentro del
útero materno, lo cual indicaría la administración de un medicamento o en su caso
más extremo, una intervención oportuna.
Gracias a la implementación de traductores biomédicos en los biosensores,
podemos convertir diferentes tipos de energía o impulsos, en energía eléctrica y
esto nos permite cuantificar la cantidad de energía involucrada y compararla con
niveles ya predeterminados para diagnosticar de una mejor manena.
A todo esto hay también hay que mencionar que son baratos de producir,
tienen un tiempo de vida larga y cuentan con una gran versatilidad que permite el
diseño de dispositivos a la carta.
También resultan muy útiles para utilizarse en la base de proyectos de
Bioingenieria que permiten mejorar la calidad de la salud y la calidad de vida de los
diferentes tipos de pacientes, poniendo de esta manera la tecnología al servicio de
la comunidad que son los que más lo necesitan.