MARTINEZ CHAPA SERGIO OMAR (MX)
HINOJOSA OLIVARES JUAN M (MX)
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| REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: 1. Un dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control caracterizados porque comprende: un módulo generador de señales de control acoplado a un microcontrolador acoplado al menos a cuatro bloques generadores de ondas controladas, cada bloque conectado a un receptor de ondas, dicho dispositivo alimentado por una primera y segunda fuente de poder, para separar partículas suspendidas en muestras fluídicas. 2. El dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el modulo generador de señales de control es una aplicación de computadora para controlar el microcontrolador. 3. El dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el microcontrolador es multinúcleo de 32 bits. 4. El dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos micro fluídicos y su método de control de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada bloque generador de onda está conformado por: un circuito generador de ondas, acoplado a un circuito convertidor de señales, a su vez acoplado a un filtro, conectado operativamente a un acople de impedancia, conectado a un conector. 5. El dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el receptor de ondas opcionalmente es un dispositivo micro fluí dico o una tarjeta de potencia. 6. El dispositivo Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la tarjeta de potencia se conecta al menos a un dispositivo microfluídico y una segunda fuente de poder. 7. Un método de control del Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control descrito en las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende las etapas de: a) El microcontrolador recibe una primer señal eléctrica proveniente de un módulo generador de señales de control, b) El microcontrolador transforma la primer señal en una segunda señal que transfiere mediante protocolos de comunicación al circuido generador de ondas del bloque generador de onda correspondiente, c) El circuito generador de ondas transforma la segunda señal en una tercer señal con las siguientes características: bipolar opcionalmente de tipo senoidal o triangular con una amplitud máxima de 30 Volts pico-pico, corriente máxima de l lmAmp, a una frecuencia máxima de lOMhz y con un control de fase máximo de 360°. 8. El método de control del dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque cuando el receptor de ondas es una tarjeta opcionalmente después de la etapa c) se transforma la tercer señal en una cuarta señal con las mismas características del inciso c) con la diferencia de una aumento de corriente máxima de 50mA. |
DESCRIPCION OBJETO DE LA INVENCION
Se presenta una invención del área de generadores de señales eléctricas para aplicaciones en dispositivos microfluídicos y su método de control, el cual, separa partículas suspendidas en muestras fluídicas y a diferencia de otros generadores, la invención presentada permite secuencias de señales independientes en sus canales de salida, lo que da mayor versatilidad en los experimentos.
ANTECEDENTES
El proceso de miniaturización ha tenido un gran progreso en las últimas décadas. Ahora es posible diseñar sistemas mecánicos, ópticos, electromecánicos, térmicos o fluídicos en un chip de tamaño micrométrico.
La microfluídica es el estudio de fluidos en micro estructuras (100-micrones hasta escala sub milimétrica). Estos dispositivos en la actualidad tienen aplicaciones como separación de bio partículas y algunos ejemplos son la separación de bacterias, manipulación de células y organismos, pruebas de calidad del agua, separación de plaquetas por medio de ondas acústicas.
Para poder realizar estas acciones se han probado varios métodos de separación y manipulación de partículas dentro de los cuales el mejor ha sido mediante la aplicación de campos eléctricos debido a que se puede miniaturizar y controlar más fácilmente. El método de aplicación de campos eléctricos ha sido probado y demostró un excelente desempeño en muchos procesos dentro de los microdispositivos, como separación, transporte y análisis de muestras biológicas.
Con la tecnología actual, los científicos encargados de realizar los experimentos en micro dispositivos hacen uso de generadores de señales tradicionales, los cuales a pesar de que tienen buen funcionamiento, son grandes, pesados y muy poco flexibles en cuanto portabilidad y personalización de rutinas para generar los campos eléctricos necesarios para sus experimentos.
En la actualidad existen pocos esfuerzos por diseñar sistemas generadores de estímulos eléctricos para micro dispositivos fluídicos. Algunos ejemplos en el estado del arte se encuentran en los siguientes puntos:
Martha Salomé et al. reportan un SOC (Sistema en un Chip), que puede generar ondas senoidales, diente de sierra y triangulares de manera sencilla o super impuestas en un rango de frecuencias de lkhz-50Mhz y voltajes máximos de 30Vpp. Este sistema es controlado por una interacción con una computadora en una interface de tipo línea de comandos.
José Gómez et al, implemento un circuito integrado de aplicación específica para generar ondas senoidales en el rango de 50Hz-21Mhz de frecuencia y voltajes que varían de 0-20 Vpp.
Jorge Andrade diseñó un generador multicanal con salidas de onda senoidales a base de FPGA. Los rangos de frecuencia y voltaje que maneja este dispositivo son de 1 1.92Hz- 12.49Mhz y 4.7V-22.4V respectivamente.
Manaresi et al, desarrollaron un chip CMOS para manipular células. Este chip fue probado a 3.3 Vpp con 800Khz de frecuencia y puede llegar hasta IMhz. Gascoyne et al, presenta un trabajo de procesadores programables probados a 100V con frecuencias que varían desde lKHz-2Khz a 40V. Además presenta un trabajo en el que logró separar Malaria usando fuerzas dielectro foréticas en un rango de lKhz- lOOMhz y en algunos experimentos se usaron rangos de voltaje de 3Vpp-5Vpp.
Enteshari et al, proponen un sistema llamado Lexel (Marca registrada) que puede ser configurado para generar fuerzas electro cinéticas variadas. El sistema es controlado mediante un software.
Bang-Chih-Liu et al, reportan el desarrollo de un sistema de separación de células mediante dielectroforesis con un generador interno de fuerzas dielectroforéticas. Este generador interno puede generar desde ΙΟΟΗζ-lOOKhz de frecuencia.
La presente invención tiene como ventajas la portabilidad al tener medidas aproximadas de 20 x 20cm, cuenta con 4 canales totalmente independientes dentro de los cuales se pueden programar las rutinas necesarias y hacerlas funcionar de manera automática. Cuenta con rangos de frecuencia de lHz-10Mhz y voltajes que van desde 0-30Vpp. Se comunica con una interfaz de computadora de fácil uso para el usario.
BREVE DESCRIPCION DE FIGURAS FIGURA 1.- Diagrama de bloques del generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos.
FIGURA 2. Diagrama de bloques del método de control del generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos. DESCRIPCION DETALLADA
La presente solicitud de patente se refiere a un Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control, representado en la figura 1 caracterizados porque comprende: un módulo generador de señales de control (1) acoplado a un microcontrolador (2) acoplado al menos a cuatro bloques generadores de ondas controladas (3), estos tres módulos se alimentan de una primer fuente de poder. En la figura 1 podemos ver los receptores de ondas (4,5) los cuales se alimentan de una segunda fuente de poder, para separar partículas suspendidas en muestras fluidicas.
Particularmente, el módulo generador de señales de control es una aplicación de computadora para controlar el microcontrolador. El microcontrolador cuenta con las siguientes características:
Multinúcleo, de 32 bits, 32 KB EEPROM en cada núcleo, 32 KB en RAM así como puertos de entrada y salida compartidos por el resto de los núcleos, frecuencia de operación desde 5Mhz-80Mhz y convertidor USB-RS232 integrado.
Cada bloque generador de onda está conformado por: un circuito generador de ondas, acoplado a un circuito convertidor de señales, a su vez, acoplado a un filtro, conectado operativamente a un acople de impedancia, conectado a un conector.
En lo referente al bloque generador de onda, existen en la actualidad muchas técnicas para realizar está función dentro de las cuales se puede mencionar, series de Taylor, muestreo en memoria, fase de lazo cerrado y síntesis digital de frecuencia. Para este bloque preferentemente se utiliza la técnica de síntesis digital de frecuencia. El receptor de ondas opcionalmente es un dispositivo microfluídico o una tarjeta de potencia. La tarjeta de potencia se conecta por lo menos a un dispositivo microfluídico y a una segunda fuente de poder.
Una vez descrito el dispositivo "Generador de estímulos eléctricos para dispositivos microfluídicos y su método de control" el inventor considera necesario describir su método de control caracterizado porque comprende las etapas de:
En la figura 2, el micro-controlador recibe una primera señal eléctrica proveniente de un módulo generador de señales de control (6). El micro-controlador transforma la primera señal en una segunda señal que transfiere mediante protocolos de comunicación al circuito generador de ondas del bloque generador de onda correspondiente (7). El circuito generador de ondas transforma la segunda señal en una tercer señal con las siguientes características: bipolar opcionalmente de tipo senoidal o triangular con una amplitud máxima de 30 Volts pico-pico, corriente máxima de lOmA, a una frecuencia máxima de lOMhz y con un control de fase máximo de 360° (8).
Cuando el receptor de ondas es una tarjeta opcionalmente después de la etapa c) se transforma la tercer señal en una cuarta señal con las mismas características del inciso c) con la diferencia de una aumento de corriente máxima de 50mA.
EJEMPLO DE REALIZACION PREFERIDA
Contando con la muestra en el micro-dispositivo fluídico se le conecta el Generador de estímulos eléctricos y su método de control mediante conectores que se acoplan al micro-dispositivo. El Generador de estímulos eléctricos y su método de control, mediante conexión USB se acopla al módulo generador de señales de control que se encuentra en una computadora y se le envían los parámetros de amplitud en un rango de 0-30Vpp, frecuencia desde lHz-10Mhz, tipo de onda opcionalmente senoidal o triangular por cada canal, selección de canal de salida que lo decide el usuario mediante una opción que se encuentra en el módulo generador de señales de control y fase de la onda. Una vez enviados los parámetros se generan las formas de onda y estas se aplican al micro-dispositivo fluídico por medio de electrodos que tienen contacto con el micro- dispositivo. De esta forma se realizan los experimentos deseados y el resultado esperado es observar partículas separadas dentro del micro-dispositivo.