MX2011001114A - Sistemas y metodos para la medicion optica de la concentracion de analitos. - Google Patents
Sistemas y metodos para la medicion optica de la concentracion de analitos.Info
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Abstract
Un método y sensor para medir la concentración de un analito alrededor de moléculas indicadoras radiantemente excitantes; se usa una forma de onda de estímulo para impulsar una fuente radiante; se exponen las moléculas indicadoras a la fuente radiante; se genera una forma de onda de respuesta para representar radiación fotoluminiscente emitida por las moléculas indicadoras; una diferencia de fase entre la forma de onda de estímulo y la forma de onda de respuesta es una función de la concentración de analito que hace posible determinar la concentración de analito.
Description
SISTEMAS Y METODOS PARA LA MEDICION OPTICA DE LA
CONCENTRACIÓN DE ANALITOS
REFERENCIA CRUZADA
j
Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud provisional No.
de serie 61/084,100, presentada el 28 de julio de 2008, cuyo contenido está incorporado aquí a manera de referencia en su totalidad. i
CAMPO DE LA INVENCIÓN j
La invención se refiere a sistemas y métodos de medición de
concentraciones de analitos. Más particularmente, la invención se refiere a un sensor miniatura y a un módulo de interfaz de sensor que puede rrjedir las
I
concentraciones de analitos utilizando un protocolo basado en fases.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La detección de fotoluminiscencia se ha utilizado para medir las
características de emisión de un sensor óptico basado en excitación dé sensor
i por medio de una fuente de radiación. La detección de fotoluminiscencia se ha
utilizado, por ejemplo, para medir una vida útil de fotoluminiscencia^ de un fluoróforo, una concentración de analitos, intensidad de fotoluminiscencia u
otro parámetro químico. Los dispositivos que utilizan la detección de
fotoluminiscencia para detectar estos parámetros generalmente utilizan un
i protocolo basado en amplitud, tiempo o fases para obtener el parámetro
deseado. ;
Tales dispositivos son generalmente voluminosos, costosos y de
transporte
$10,000 y pueden ser aproximadamente del tamaño de una televisión de
pantalla grande de tubos de rayos catódicos e incluyen múltiples piezas de
equipo. Aunque algunos de estos dispositivos se venden como portátiles,
mover el equipo como los carros de laboratorio de dos repisas generalmente
requieren transportar estos dispositivos a varias ubicaciones. Esto es debido
! por lo menos en parte a los circuitos expansivos y al procesamiento de datos i complejo que, combinado con el conocimiento técnico, se requiere obtener un
resultado deseado. Adicionalmente, estos dispositivos generalmente requieren
una gran cantidad de energía para funcionar.
Existen éstas y otras desventajas de los sistemas actuales.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN I
I
I
La invención se refiere a dispositivos y métodos de medición de
concentración de un analito. Más particularmente, la invención se refiere a un
sensor y a un módulo de interfaz de sensor (SIM, por sus siglas en inglés) que se comunica con el sensor para medir la concentración de un analito en un
medio. El sensor y el SIM pueden utilizarse en varios entornos gaseosos tales como por ejemplo, demanda bioquímica del oxígeno, soporte de inertizado, de combustión, ambiental, químico, de buceo/vida y aplicaciones médicás tales como anestesiología, respiración y concentradores de oxígeno. El sensor y el
i
SIM también pueden utilizarse en varios entornos sumergidos como, por ejemplo, demanda bioquímica del oxígeno, sensores implantables, piscicultura, acuarios, monitoreo de contaminación, procesamiento químico y elaboración de cerveza/fermentación. Cada una de estas aplicaciones puede utilizarse para determinar una concentración de varios analitos tales, por
i ejemplo oxígeno, glucosa, dióxido de carbono, toxinas o temperatura, en un medio como, por ejemplo, aire, sangre, agua u otros medios gaseosos o líquidos. !
De acuerdo con una modalidad, la invención incluye u^ sensor óptico y un módulo de interfaz de sensor (SIM). El sensor incluye una fuente
j radiante como un transductor fotoeléctrico y una molécula indicadora. El
i módulo de interfaz de sensor incluye un microcontrolador que se comunica con un sensor para impulsar la fuente radiante y recibir los datos obtenidos por el sensor. El microcontrolador causa que la fuente radiante irrádie las moléculas indicadoras. La luminiscencia de las moléculas indicadoras se debe a la luz emitida por la fuente radiante y muestran ciertas características con base en un analito presente en el medio. El sensor transmite los datos relacionados de esta luminiscencia al microcontrolador para el procesamiento.
i
Con base en los datos recibidos, los datos conocidos y la relación Stern-
Volmer, el microcontrolador determinan una concentración de analjtos. De
Í
acuerdo con una modalidad de la invención, el módulo de ¡nterfaz de I sensor incluye una ¡nterfaz que puede hacer posible que el módulo transmita los datos a un sistema de luz externo para que los datos puedan presentarse a un usuario en el sistema. \
En un aspecto, la invención provee un dispositivo para medir una concentración de analitos que tiene un microcontrolador configurado! para la salida de una señal digital periódica de una frecuencia predeterminada sobre un colector de salida digital de un microcontrolador y calcula una diferencia de fase entre una forma de onda de estímulos y una forma de onda de respuestas presente en las entradas análogas del microcontrolador. j
El dispositivo también incluye un convertidor de digital a análogo para convertir la señal digital periódica a una forma de onda de¡ voltaje periódico, un filtro de paso bajo y sacar la forma de onda de estímulos y un convertidor de voltaje a corriente operable para convertir la forma de onda de estímulos a una forma de onda de corriente periódica y para impulsar una fuente radiante en donde la fuente radiante irradia sobre las moléculas
i indicadoras. j
i
El dispositivo además incluye un amplificador de transimpedancia de paso de banda para convertir una corriente de un transductor fotoeléctrico a la forma de onda de voltajes de respuejsta. La
i radiación de las moléculas indicadoras es incidental sobre el tran'sductor
fotoeléctrico y la diferencia de fases es una función de una concentración de analitos local para las moléculas indicadoras. j
De acuerdo con una modalidad de la invención, se proporciona un método que mide una concentración de un analito dentro de un medio. El
conductora filtrada, donde la forma de onda de corriente conductora filtrada es i de la misma frecuencia que la señal de salida digital periódica.
El método también incluye los pasos de impulsar una fuente
radiante con la corriente conductora filtrada, donde la radiación de lá fuente
radiante es incidente sobre las moléculas indicadoras detectando la ¡energía
1 ! de excitación radiante de las moléculas indicadoras con un trarjisductor
\ I fotoeléctrico, donde el transductor fotoeléctrico saca una forma de onda de la
misma frecuencia de
una diferencia de fas
y la forma de onda de transductor fotoeléctrico sacado. La diferencia jde fase
se correlaciona con una concentración de analitos local a las moléculas
indicadoras.
Las características anteriores y otras y las ventajas de la
invención así como la estructura y operación de las modalidades preferidas de
la invención se describen detalladamente a continuación con referencia a los
dibujos anexos. ¡
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los dibujos anexos, que están incorporados a la presente y
forman parte de la especificación ilustran varias modalidades de la invención y
junto con la descripción, además sirven para explicar los principios de la
invención y para hacer posible que el experto en la técnica haga y¡ use la
invención.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistemai para la medición de concentraciones de analitos de acuerdo con una modalidad de la invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un módulo de interfaz de sensor de acuerdo con una modalidad de la invención.
Las figuras 3 y 4 son vistas superiores y en ¡sección respectivamente de un sensor de fotoluminiscencia de acuerdo
modalidad de la invención.
La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método de
i medición de concentración de analitos de acuerdo con una modalidad de la
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un método de
I
medición de una concentración de analitos de acuerdo con una modalidad de la invención. I
i
Las figuras 7A a 7E ilustran formas de onda ejemplares presentes en ciertos puntos en un circuito de un dispositivo utilizado para medir la concentración de analitos de acuerdo con una modalidad de la invención. ¦ j
I
La figura 8 es una ilustración de un sensor de fotoluminiscencia de acuerdo con una modalidad de la invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION ¡
De acuerdo con una modalidad, la invención se refiere a un
sistema y un método de concentraciones de analitos. El sistema y el j método
utilizan un sensor óptico y un módulo de interfaz de sensor (SIM) para medir
una concentración de un analito que utiliza fotoluminiscencia. El sensor y el
SIM comunican y procesan la información de fotoluminiscencia de una manera
que hace posible que el sensor y el SIM sean muy pequeños y portátiles. En
algunas modalidades, el sensor y el SIM son lo suficientemente pequeños
para ajustarse en la palma de la mano y pueden ser incluso más pequeños.
La figura 1 es una ilustración esquemática de un dispositivo 100
I
para medir una concentración de analitos de acuerdo con una modalidad de la
invención. El dispositivo 100 incluye una fuente de analitos 1 10, sensor 120,
módulo de interfaz de sensor (SIM) 130, y sistema de datos 140. La fuente de
analitos 1 10 puede ser, por ejemplo, un medio que incluye un analito para el
cual se desea una medición de concentración. El medio puede ser, por i ejemplo, aire, sangre, agua u otros medios gaseosos o líquidos. El sensor 120
preferiblemente es un sensor óptico que utiliza moléculas indicadoras
i fluorescentes (descritas más detalladamente a continuación). Para hacer
posible la medición de concentraciones de analitos tales como, por ejemplo,
oxígeno, glucosa y toxina dentro del medio. De acuerdo con una modalidad de
la invención, el sensor 120 puede comunicarse con el SIM 130 utilizando cualquier alambre conocido o conexión inalámbrica. El sensor 120| puede
comunicarse con el SIM 130 para medir, por ejemplo, concentraciones de oxígeno en un medio gaseoso o en la sangre de un paciente en cuyó sensor 120 se ha implantado. El sistema de datos 140 puede ser, por ejemplo, un sistema de recolección de datos, un microprocesador p una microcomputadora.
El sensor 120 preferiblemente incluye una fuente de radiación 150 y un transductor 160. De acuerdo con una modalidad, la fuente de radiación 150 incluye un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas er inglés) que irradia un medio que contiene un analito. El sensor 120 J obtiene instrucciones para controlar la fuente de radiación 150 desde un microcontrolador 170 y transmite los datos obtenidos al microcontrola|dor 170 para el procesamiento. El sensor 120 se comunica con el SIM 30 utilizando una interfaz 180. El transductor 160 convierte la información análoga recibida por el sensor 120 en datos que se procesan mediante el microcontrolador 170.
De acuerdo con la modalidad de la invención, el sensor l 20 y el
SIM 130 pueden proveerse sobre un tablero de circuitos 190 que hace posible
I
que se realice el análisis, calibración y otras funciones mediante el dispositivo
i
100. El tablero de circuitos 190 incluye una interfaz 200 que hace posible la comunicación entre el SIM 130 y el sistema de datos 140. El SIM 13Ó puede
¦ i comunicarse con el sistema de datos 140 para que se puedan obtener o generar las lecturas, mediciones y otros datos mediante el sensor 120 y el
SIM 130 a procesar, mostrarse o almacenarse mediante el sistema de datos
i
140. !
?
Como se mencionó anteriormente, el sensor 120 y el SIM 130
preferiblemente son de un tamaño que se ajusta en la palma de la mano y
puede ser incluso más pequeño. De acuerdo con una modalidad no limitante,
i el SIM 130 ocupa un espacio de aproximadamente 5.57 mi o menos y el sensor 120 ocupa un espacio de aproximadamente .14 mi o menos, tiene un
j consumo de energía cuadrático medio (RMS) de corriente directa (DC) en una escala de aproximadamente 1 a 200 miliamperios, que responde a los cambios de concentración de analitos en menos de aproximadamente cien
¡ i
(100) milisegundos (ms) o menos, y opera en presiones de ambiente de
? l escalas de nivel de vacío a milésimas de Kg/cm . ¡
La figura 2 es una ilustración esquemática de un dispositivo 220 i para medir las concentraciones de analitos de acuerdo con una modalidad de
i la invención. El dispositivo 220 incluye un sensor 230 y un módulo dejinterfaz de sensor (SIM) 240. El sensor 230 se proporciona dentro de un medio que contiene un analito para el cual se desea una medición de concentración. El sensor 230 y el SIM 240 se comunican entre sí en cuanto a los otros utilizados para determinar la concentración de analitos. El sensor 230 incluye una fuente de radiación 250, transductor 250 y moléculas indicadoras 270 y se describen más detalladamente a continuación.
El módulo de ¡nterfaz de sensor (SIM) 240 incluye un microcontrolador 280. El microcontrolador 280 genera señales de excitación que se utilizan para impulsar la fuente de radiación 250 que causa que las moléculas indicadoras 270 tengan luminiscencia. De acuerdo la
modalidad de la invención, las moléculas indicadoras 270 pueden ser perclorato de tri(4,7-difenil-1 ,10-fenantrolina) rutenio(ll), indicadores de lantánido tales como complejos de europio o terbio, hidrocarburos aromáticos o cualquier indicador o sistema de transducción molecular para un analito que tiene una vida útil de luminiscencia lo suficientemente larga para pérmitir la diferencia detectable cuando se mide con la modulación de fases. Los
; i ejemplos de analitos incluyen, pero no están limitados a, oxígeno, dióxido de
i carbono, glucosa o temperatura. '
La fuente de radiación 250 puede variar dependiendo de' un tipo i de indicador utilizado. Por ejemplo, si el indicador es complejo de perclorato
indicador de lantánido se utiliza, puede utilizarse un LED violeta que tiene una longitud de onda de emisión pico de aproximadamente 360-380 nanómetros. Un ejemplo de un indicador de lantánido se describe en la patente de E.U.A. No. 6,344,360 que está incorporada a la presente a manera de referencia en
su totalidad. Los ejemplos adicionales de las moléculas indicadoras se describen en la patente de E.U.A. No. 5,517,313 que está incorporada a la presente a manera de referencia en su totalidad.
Las señales de excitación se generan con base en parámetros procesados por el microcontrolador 280. Las señales de excitación se basan i en características conocidas mostradas por el analito que se va a medir. Esto proporciona una señal de referencia contra la cual las señales medidas pueden compararse (descritas detalladamente a continuación). De acuerdo con una modalidad, el microcontrolador 280 está configurado para tener un canal de salida digital 290 y uno o más canales de entrada análogos! 300. El canal de salida digital 290 puede utilizarse para transmitir las señales de excitación a la fuente de radiación 250 del sensor 230. Los canales de jentrada análogos 300 pueden utilizarse para recibir las señales transmitidas por el transductor 260 del sensor 230. Los microcontroladores, tales como aquellos en la familia PIC24 de Microchip Technology Inc., u otros microcontroladores
¡ compatibles pueden utilizarse como el microcontrolador 280. De acuejrdo con una modalidad de la invención, el microcontrolador 280 incluye un procesador
I
de señales digitales. ¡
El módulo de interfaz de sensor (SIM) 240 además incjluye un convertidor de digital a análogo (DAC) 210 para convertir las Señales transmitidas utilizando un canal de salida digital 290 del microcontrolador 280 en un voltaje análogo. En una modalidad, el canal de salida digital 290 del microcontrolador 280 es un colector de 4 bits que tiene bit0...bit3 y un
convertidor de digital a análogo 310 es una escalera de resistor sirrjiple. En
una modalidad ejemplar no limitante, el convertidor de digital a análogo 310
incluye un resistor de 111kQ conectado al bit3, un resistor de¡ 270kQ
conectado al bit.2, un resistor de 400kQ, conectado al biti y un resistor de
800kQ conectado al bito. La salida del convertidor de digital a análogoj 310 es
un nodo al cual está conectado cada conductor de resistor (el conductor
i
I
opuesto al microcontrolador). Otras escaleras y redes de resistor conocidas
I
por los expertos en la técnica pueden utilizarse como convertidor de digital a análogo 310. Además, el convertidor de digital a análogo 310 puede i implementarse sobre un circuito integrado.
El módulo de interfaz de sensor (SIM) 240 además comprende un filtro de paso bajo 320 que convierte una salida de forma de onda de voltaje de convertidor de digital a análogo 310 en una aproximación de onda
i seniodal de la salida de forma de onda de voltaje. El filtro de paso bajo 320 puede ser un diseño de resistor-capacitor (RC) conocido por los expertos en la técnica. En una modalidad ejemplar, la resistencia (R) y la capacitancia (C) se seleccionan para pasar una señal a una frecuencia f, por ejemplo, 10kHz y suprimir cualquier fuente de sonido de frecuencia mayor. La salida de forma de onda de voltaje de filtro de paso bajo 320 se transmite a la entrada análoga
300 del microcontrolador 280. El filtro de paso bajo 320 puede incluir un
í capacitor de capacitancia variable. De acuerdo con una modalidad no limitante de una invención, el capacitor y resistor que forman el filtro de paso bajo
! pueden tener valores de aproximadamente 470pF y 15kQ, respectivamente.
El módulo de ¡nterfaz de sensor (SIM) 240 además incluye un convertidor de voltaje a corriente 330. En una modalidad, el convertidor de i voltaje a corriente 330 convierte su entrada, la aproximación de la onda senoidal de la salida de la forma de onda de voltaje de filtro de bajo paso 320, en una corriente proporcional al voltaje de entrada. La salida del convertidor de voltaje a corriente 330 incluye señales de excitación que impulsan la fuente
; í de radiación 250. La fuente de radiación 250 está situada para que su salida
I
radiante alcance las moléculas indicadas 270. La luz emitida por la fuente de radiación 250 causa que las moléculas indicadoras 270 tengan luminiscencia en una manera particular con base en una presencia del analito que ¡se va a medir. Esta luminiscencia se detecta como señales por el transductorj 260. El
I
transductor 260 saca Una señal que es una función de irradiar luminiscencia desde las moléculas 270. El transductor 260 puede ser, por ejemplo, un
; i fotodiodo, un fototransitor, un fotomultiplicador u otro fotodector. ¡
El convertidor de voltaje a corriente 330 puede opcionalmente
I
estar en comunicación con un espejo de corriente que refleja la fuente de i radiación impulsora de corriente 250 para impulsar un diodo emisor; de luz (LED) 340. En una modalidad, el LED 340 es un LED rojo que puede utilizarse
I
para analizar el módulo de interfaz de sensor (SIM) 240. i
La salida de transductor 260 está conectada a un amplificador de transimpedancia de paso de banda 350. El amplificador de transimpedancia de paso de banda 350 incluye una respuesta de aumento de paso de banda y genera una forma de onda de voltaje que es una función de su entrada de
corriente. La salida del amplificador de transimpedancia de paso dé i banda
350 se transmite a una entrada análoga 300 de microcontrolador 280. !
El dispositivo 220 también puede incluir una interfaz de comunicación 360 que hace posible que el microcontrolador 280 transmita y
j reciba los datos con respecto a las concentraciones de analitos a un ¡sistema de datos externo 370. El microcontrolador 280 y el sistema de datos 370 puede comunicarse sobre un canal de comunicaciones 380 tal como, por ejemplo, un canal en serie de microcontroladores. El sistema de datos 370
i puede ser, por ejemplo, un sistema de recolección de datos, un microprocesador, una microcomputadora u otro dispositivo.
¡
El microcontrolador 280, utilizando, por ejemplo, un prpgrama almacenado puede estar configurado para: recibir y activar sobre códigos de comando transmitidos a través de su canal de comunicaciones 380, generar una salida digital periódicamente cambiante, voltajes de muestra sobre las entradas análogas y calcular y transmitir los datos relacionados con las
concentraciones de analitos a través de los canales de comunicaciones 380.
: i
El módulo de interfaz de sensor (SIM) 240 puede establecerse para tornar una sola emisión o hacerlo funcionar continuamente, repitiendo las mediciones después de un retraso específico.
Las figuras 3 y 4 son vistas en planta y en sección, respectivamente de un sensor 400 de acuerdo con la modalidad de la invención. El sensor 400 puede ser, por ejemplo, un sensor óptico. El sensor 400 incluye un sustrato 410 configurado con un pozo 420 para una fuente
i radiante 430 y un pozo 430 para un transductor fotoeléctrico 450. La fuente
radiante 430, puede ser por ejemplo, un diodo emisor de luz (LED) y el
transductor 450 puede ser, por ejemplo, un transductor fotoeléctrico, fotodiodo
i u otro transductor. Entre otras ventajas, esta configuración reduce la
iluminación directa de un transductor 450 por la fuente radiante 430.
I
El sensor 400 puede además incluir una guía de ondas 460 que
mejora las características trasmisoras y reflectoras del sensor 400. jEn otra
modalidad, las moléculas indicadoras 470 están ubicadas en al menos una
porción de la superficie superior de la guía de ondas 460. Un mó lulo de
i interfaz de sensor (SIM) 480 está situado en proximidad a la fuente de
I
radiación 430 y el trahsductor 450. Un canal de comunicaciones 490 puede
conectar el sensor 400 con un sistema de datos externo (mostrado en ja figura
2). En otras modalidades, el sensor 400 se comunica inalámbricamente con el
sistema de datos externo. j
La figura 5 ilustra un método de medición de una concentración
de analitos de acuerdo con una modalidad de la invención. El métodoj incluye seleccionar un tipo de sensor, paso 510 a utilizar para determinar una
I
característica particular de un analito. Por ejemplo, un sensor óptico puede
utilizarse para detectar: la concentración de oxígeno en la sangre del paciente.
Las moléculas indicadoras están provistas en el sensor en el
i paso 520. Las moléculas indicadoras preferiblemente reaccionan ¡ a una
característica de analito capaz de la detección por el sensor. Por ejemplo, una
; i fuente de radiación puede utilizarse para excitar las moléculas indicadjoras de
i tal manera que la luminiscencia de las moléculas indicadoras se detecta por el sensor óptico. Por ejemplo, un diodo emisor de luz azul (LED) puede utilizarse
i para excitar las moléculas indicadoras de perclorato de tris(4,7-difenil-10-fenantrolina) rutenio (II) complejo.
Una forma de onda de estímulos se genera en el paso 530 con base en el tipo de analito para el cual se desea la medición de concentración. Si un sensor óptico se utiliza, por ejemplo, esto puede incluir utilizar la forma de onda de estímulos para dirigir un LED para emitir la radiación que tiene una forma predeterminada; Un dispositivo para el cual se pueda detectar una
j característica particular por medio del sensor se utiliza para excitar las moléculas indicadoras en el paso 540. El dispositivo puede ser, por ejemplo, una fuente de radiación si se utiliza un sensor óptico. j
El sensor entonces detecta la característica exhibida por las moléculas indicadoras en el paso 550. Si se utilizan un sensor óptico y una fuente de radiación, el sensor óptico detecta la radiación fotolumihiscente emitida por las moléculas indicadoras. La radiación fotoluminiscente se recibe por medio de un filtro de sensor y se transduce por medio de un fotodibdo del sensor. La forma de onda de respuestas se genera en el paso 560 con base en la característica de las moléculas indicadoras recibidas, tales como por
i ejemplo la duración fotoluminiscente recibida desde las moléculas indicadoras. En el ejemplo del sensor óptico, la corriente desde el fotodiodo es de la misma forma que el de la forma de onda de estímulos, únicamente se retrasa la fase.
Las formas de onda de estímulos y respuestas generadas se sobremuestrean en el paso 570 de tal manera que un retraso de fase ntre las formas de onda puede determinarse en el paso 580. Utilizando el retraso de fase, la concentración de analitos puede determinarse en el paso 590. |Esto es porque el retraso de fase es proporcional a la concentración de analitos. En particular, las moléculas fluorescentes tendrán fluorescencia durante un tiempo conocido, un tiempo de declinación o la vida en estado excitado
I
después de la eliminación de un estímulo radiante. Tanto la intensidad de fluorescencia, el tiempo de declinación puede variar de acuerdo con una relación lineal con la concentración de un inhibidor de fluorescencia dado. En
; i un ejemplo no limitante, la concentración del analito de interés | puede determinarse a partir del retraso de fase con base en la relación describa en la
I
ecuación Stern-Volmer: i
fe]
donde r es el tiempo de declinación y / es la intensidad de la fluorescencia
en la presencia del inhibidor Q, r0 es el tiempo de declinación e /„ es la
intensidad de la fluorescencia en la ausencia del inhibidor Q , es la
constante inhibidora Stern-Volmer y [Q] es la concentración del inhib dor Q.
Así, si t puede medirse, la concentración de Q puede determinarse a través
de la ecuación Stern-Volmer por ejemplo. |
j
La figura 6 ¡lustra un método para medir la concentración de un analito de acuerdo con una modalidad de la invención. En el paso ¡610, se crea una señal de salida digital periódica en un colector digital de salida de microcontrolador. Por ejemplo, un microcontrolador puede generar una
i secuencia de señales de salida digitales que representan una onda senoidal
i cuantificada que tiene una frecuencia f. La secuencia de salida puede incluir un impulso a un valor de línea de base de CC seguido por una serie de ondas
i senoidales cuantificadas sobrepuestas en la línea de base, y un retorno a la i condición de espera. ¡
! En el paso 620, la señal de salida digital del microcontrolador se convierte en una forma de onda de corriente pareja. Esto se puede lograr, por
I
ejemplo, haciendo pasar la señal de salida digital a través de un convertidor de digital a análogo para realizar la forma de onda de voltaje W201 cjomo se muestra en la figura 7A. Las figuras 7A-7E representan formas de onda ejemplares de corriente o de voltaje W201 , W202, W203, W240 y! W206, i respectivamente, medidas con relación a las salidas de los componentes 340, 350, 360, 270, y 400 eh la figura 2, respectivamente. El origen y la escala del eje de tiempo t son sustancialmente los mismos para cada una de lasj figuras 7A-7E. Estas formas de onda ilustran una trayectoria a través de la cual pasa la señal, cuando la señal pasa desde una salida digital a una onda Senoidal de voltaje análogo, a una onda senoidal de corriente análoga, a través de un diodo emisor de luz (LED) y un detector de fase, a una onda senoidal de
: í corriente de variación de fase, a una onda senoidal de voltaje de variación de
i fase, y después a un convertidor de análogo a digital para el sobremuéstreo.
i
La forma de onda de voltaje W201 puede ser transmitida a través de un filtro de paso bajo para filtrar la forma de onda lineal en trozos, en
j onda senoidal de voltaje variable W202 como se muestra en la figura 7B. La i onda senoidal de voltaje variable W202 después puede ser transmitida a través de un convertidor de voltaje a corriente para producir la onda senoidal de corriente variable W203 que se muestra en la figura 7C, !¦
En el paso 630, la forma de onda de corriente filtrada se utiliza para impulsar la fuente de radiación. Esto es, la onda senoidal de corriente í variable W203 impulsa una fuente radiante que excita las moléculas indicadoras en las cuales incide la fotoluminiscencia y es transducida por un transductor fotoeléctrico. ¡
I
En el paso 640, la radiación luminiscente de las moléculas indicadoras, por ejemplo, es detectada. Es decir, un transductor fotoeléctrico produce una señal de excitación, la forma de onda de corriente W120 como se muestra en la figura 7D. La forma de onda de corriente W120 tiene la' misma
I
forma de onda senoidal, sólo fase retardada, como la forma de onda W203.
Este retraso de fase f es una función del tiempo de declinación de la transducción luminiscente, que depende de la concentración del analitó al cual i se exponen las moléculas indicadoras. j
I
La corriente del transductor fotoeléctrico puede ser transrjnitida a través de un amplificador de transimpedancia de paso de banda. El amplificador de transimpedancia de pasbanda genera una forma de onda de
voltaje W206 como se muestra en la figura 7E. La ganancia de paso de banda se usa para filtrar ruido y se empaqueta conforme pasa una señal de frecuencia f.
En el paso 650, se determina la diferencia de fase entre la forma de onda de corriente filtrada y la forma de onda de salida del transductor fotoeléctrico. Las formas de onda de voltaje W202 y W206 se pueden usar para impulsar entradas análogas de un microcontrolador. Internamente, cada i entrada análoga del microcontrolador impulsa un convertidor de análogo a digital. Con el control del microcontrolador, las formas de onda del voltaje W202 y W206 son sobremuestreadas digitalmente para impulsar el retraso de fase f con respecto a la señal de excitación. ¡
Internamente, bajo el control de un programa microcontrolador,
i el microcontrolador realiza mediciones sobre múltiples ciclos senoidales completos de formas de onda W206 y W202. En una modalidad, las mediciones son promediadas por el microcontrolador para producir una medición de un impulso de la fuente de radiación y una respuesta ¡ de las i moléculas indicadoras/ Las mediciones son normalizadas por amplitud y desviación de CC para producir un impulso senoidal y una respuesta senoidal.
Una diferencia de fase f entre los dos sinusoides proporciona una medición del retraso en la respuesta del circuito a la excitación. El retraso] es un
i compuesto de retraso electrónico y el tiempo de declinación, que és una
I
función de la concentración del analito ligado a las moléculas indicadoras. Por ejemplo, se mide el tiempo de declinación de la fotoluminiscencia a
temperatura ambiente y 21 % O2 como 4.8 ps. !
Los datos locales sobremuestreados de las formas de onda W202 y W206 se mide por fase usando un algoritmo iterativo. El ajgoritmo iterativo, que forma parte del programa del microcontrolador, itera sobre grados sucesivos de fase posible. Por ejemplo, se identifica un par dej valores sucesivos que encuadran la fase de la señal. Después se calcula la fase de la señal con la interpolación entre los dos valores de fase de encuadre. También se pueden usar otros métodos diferentes a la interpolación lineal. Por ejemplo, una función senoidal puede producir cálculos precisos del valor de fase final. Esto se debe a que el algoritmo iterativo determina un cruce por cero de un valor de error o una métrica de coincidencia. El algoritmo hace interpolaciones entre los valores que encuadran los datos medidos por medio de un cambio de signo positivo/negativo.
En una modalidad, una métrica de coincidencia para el algoritmo iterativo es un producto de 1) la señal de entrada, 2) el estimador, generado por una secuencia de valores arbitrarios del paso de retraso de fase, y 3) una función de ponderación, integrada sobre un intervalo. En una modalidad, el intervalo de integración -p a tt, y la función de ponderación es el coseno de un valor de fase de estimador. El valor de la fase de estimador puede ¿er una variable falsa que describe un ángulo de fase del estimador y la función de ponderación. La función de ponderación enfatiza la señal cerca del cnjce en cero de la función estimadora. Esto mejora la discriminación de la medida de fase al mismo tiempo que se reducen los efectos de ruido y variación en
ganancia o amplitud de fotoluminiscencia.
Cualquier métrica que sea una función extraña funcionará como
i una métrica de coincidencia para el algoritmo iterativo. En principio, cualquier función eos" del valor de fase del estimador para cualquier valor de ti puede servir como una función de ponderación. Fuerzas de coseno más altas
I
pueden mejorar la relación de señal a ruido de la discriminación de fase. También se pueden utilizar otras funciones de ponderación. |
La rancia de fase f porta una re,ac«n a ,a— 6? de analito local a la química del sensor (ej., moléculas indicadoras). Sin tomar en cuenta cualquier distribución espacial dentro de la profundidad de la química que pueda ser atribuida a la difusión, la diferencia de fase f representa la concentración instantánea de analito en un punto en el momento de la i medición. La diferencia de fase medida f variará de acuerdo con la relación
Stern-Volmer como ya se describió antes. Esto es el resultado de la relación subyacente que tanto la amplitud como la constante de tiempo de declinación (T) de la química del sensor varían de acuerdo con esta relación.
Para una excitación senoidal como la que se muestra en la figura 7C, una constante de tiempo de declinación se traslada directartjiente a una declinación de fase. La variación de tiempo de declinación, y por lo tanto
í la diferencia de fase f, serán gobernados por la relación Stern-Volmer independiente de la pérdida de amplitud que es el resultado de la reacción de
I
la química del sensor con el analito. En caso de que la amplitud de la señal recibida desde la química del sensor (ej., moléculas indicadoras) esté lo
suficientemente arriba del ruido para permitir la convergencia del algoritmo de detección de fase, el módulo de interfaz del sensor produce una medición de
fase. Ésta es una ventaja diferente sobre un sensor basado en amplitud, el cual, en el caso de, por ejemplo, un sensor óptico de oxígeno basado en amplitud, requiere de la separación de las contribuciones de fotooxidación y concentración de oxígeno a la amplitud medida. Sin embargo, al final de la vida de los sensores de acuerdo con la invención, la variación de medición a medición se volverá cada vez más ruidosa, después aleatoria. Se puede establecer un umbral para esta variación de medición para hacer una advertencia para el reemplazo de un sensor.
Durante la operación se pueden establecer comandos desde un
i dispositivo externo a un microcontrolador a través de un canal de comunicación, instruyendo al microcontrolador para recoger datos. Después los datos pueden ser retribuidos por el dispositivo externo. También puede ser transmitida una medición de temperatura. El dispositivo externo puede
; ! medir la temporización, comunicarse con un módulo de interfaz de sensor, y el
; i despliegue o uso de los datos medidos. ¡
Durante él tiempo de espera no se activa una fuente de radiación ni un transductor fotoeléctrico. Se pueden utilizar secuencias cortas programadas para impulsar el sensor, para reducir mucho el ciclo de ¡trabajo
I
I
del sensor, reduciendo a su vez la reactividad de la química del sensorj con el
: I
I
analito y prolongar la vida del sensor. j
La figura 8 ilustra un sensor óptico 800 de acuerdo con una
I
i
I
? modalidad de la invención. El sensor óptico 800 tiene un cuerpo dé sensor
i I
810 y un sustrato 820. En una modalidad, el cuerpo de sensor 810 puede
estar revestido con moléculas indicadoras 830 o el cuerpo de senbor 810
puede comprender múltiples capas, una de las cuales comprendiendo una
capa de matriz (no se muestra) que contiene las moléculas indicadoras 830.
Las moléculas indicadoras 830 están expuestas (ej., son locales a) un medio
ambiente deseado para detectar un analito. El sensor óptico 800 puede tener
la forma, por ejemplo, de un frijol o de una cápsula farmacéutica, y de un
tamaño similar, permitiendo el despliegue in vivo u otro despliegue in situ.
Montada en el substrato 820 se encuentra una fuente de radiación 840, ej., un diodo emisor de luz (LED), que emite radiación en un
rango de longitudes de onda que interactúa con las moléculas indicadoras
830. Por ejemplo, en el caso de un sensor basado en fotoluminiscencia, se
j puede utilizar una longitud de onda que hace que las moléculas indicadoras
830 produzcan luminiscencia. También se puede montar en el sustrato 820
i un transductor fotoeléctrico 850, que puede ser, por ejemplo, un fotodetector o
; I fotodiodo. En el caso ejemplar de un sensor basado en fotoluminiscencia, el
transductor fotoeléctrico 850 es sensible a la luz fotoluminiscente emitida por
las moléculas indicadoras 830, de manera que se genera una señal como
respuesta a las mismas, que es indicativa del nivel de fotoluminiscencia de las
j moléculas indicadoras 830. i
La fuente de radiación 840, el transductor fotoeléctrico 8¾0, y las moléculas indicadoras 830 se sitúan uno con relación al otro, de manera que
!
I I
I
I
! la radiación emitida desde la fuente de radiación 840 incide en las moléculas
indicadoras 830 y la radiación, ej., la fotoluminiscencia, de las moléculas
indicadoras 830 incide en el transductor fotoeléctrico 850. Puede ocúrrir una
incidencia relativa después del reflejo y/o transmisión a través de un medio.
En una modalidad, se puede usar un filtro óptico 860 para limitar la radiación
que llega al transductor fotoeléctrico 850 a longitudes de onda asociadas con
la respuesta de las moléculas indicadoras a la radiación emitida por lá fuente
de radiación 840. j
El sensor óptico 800 también puede incluir: una sonda de temperatura 870 para medir la temperatura local al sensor óptico 800; un módulo de interfaz de sensor (SIM) 880 para generar señales transmitidas a la
fuente de radiación 840 y recibir señales provenientes del tran'sductor
fotoeléctrico 850; un transmisor 890 para comunicarse en forma inalámbrica
con un sistema externo (no se muestra); y una fuente de energía 9j00 que puede incluir un inductor a través del cual se puede inducir una corriente i exponiendo la fuente dé energía 900 a un campo electromagnético apropiado.
Ejemplos de sensores de oxígeno que se pueden usar de acuerdoi con la
invención se describen en la patente de E.U.A. Nos. 5,517,313 y 6,940,590
¡ que se incorporan en la presente como referencia en su totalidad. ¡
Según una modalidad, puede aumentar la precisiónj de la medición de concentración del analito corrigiendo las diferencias de jla fase
i medida basándose en parámetros de configuración. Un paso de calibración es determinar el retraso electrónico, o parámetro de configuración nula
i
desviada. Ocurre una compensación de nulo para las variaciones de unidad a unidad, principalmente debido a las tolerancias de componente electrónico.
i
La determinación de la compensación de nulo se puede lograr a una temperatura y concentración de analito fijas en el momento de la fabricación
I
del sensor óptico o durante la configuración del sensor. j
Otro paso de calibración es medir la diferencia de j fase a concentraciones de analito conocidas y a varias temperaturas, fijanclo otros
i factores ambientales del sensor, como la humedad relativa y la presión, a valores conocidos. En este paso de calibración, la diferencia de fase se determina como se describió antes y se pueden derivar valores de i concentraciones verdaderas de analito de primeros principios o medirse
i empíricamente. En la práctica, puede haber alguna combinación dp estos enfoques, en especial en aplicaciones que requieren de grados más altos de precisión. La calibración se puede realizar en dispositivos individuales, en particular en la arquitectura de SIM/sensor u otra base. '
Como la relación de diferencia de fase contra
: I concentración/temperatura de analito no es estrictamente lineal en algunas aplicaciones, se deriva una función de transferencia basada en estos dos pasos de configuración. Tanto la compensación de nulo como la tabla de corrección de temperatura que comprende una porción de la función de i transferencia, se podrían colocar en una tabla externa a un microcontrolador, o se pueden cargar en una tabla de almacenamiento de memoria! en un módulo de interfaz de sensor. Para las aplicaciones que requieren ¡de alta
precisión, se podrían considerar otras variables de entrada psicrojmétrica,
como presión y humedad, en pasos de calibración adicionales, y la función de
transferencia incluiría también estas variables. ¡
Los sensores que se describen en la presente no están limitados
a los sensores de : oxígeno. Por ejemplo, pueden usarse sensores
energizados con baterías, metabólicos y atmosféricos. También, los sjensores
de acuerdo con la invención se pueden implantar en una persona y utilizarlos
i para medir varios analitos biológicos en el cuerpo humano (e ., oxígeno,
dióxido de carbono, glucosa, toxinas). Además, la invención que se describe
en la presente se puede usar en varias aplicaciones y ambientes de
operación. Por ejemplo, la invención se puede usar con mezcla de! gases,
inertización, oxígeno disuelto, tasa de cambio ambiental, demanda bioquímica
del oxígeno (BOD), monitores de reacción, sistemas de
calefacción/ventilación/acondicionamiento de aire (HVAC), monitoreo de
combustión, y en monitores de alimentación de fermentación y de descarga de
gases.
i
Un ejemplo de cómo se puede usar el sensor y el módulo de
; i interfaz de sensor (SIM) de acuerdo con una modalidad de la presente
invención, en una aplicación de demanda bioquímica del oxígeno (BOD) se
refiere al monitoreo de aguas negras. El material oxidable que está presente
en una corriente de agua natural o en el agua de desecho industrial, sje oxida
tanto por procesos bioquímicos (bacterianos) o químicos. El resultadojes que
i el contenido de oxígeno del agua disminuye. Básicamente, la reacción! para la
j
!
oxidación bioquímica se puede escribir como:
Material oxidable + bacterias + nutriente + 02? CO2 + H2O + inorgánicos oxidados como NO3 o SO4
A partir de esta ecuación, en la que las bacterias y el óxígeno
están a la izquierda, al monitorear el cambio en la concentración de oxígeno, se puede monitorear en forma efectiva la velocidad de esta reacción general, i que es directamente proporcional a las bacterias presentes. ¡
Como todas las corrientes de agua naturales contienen bacterias y nutrientes, casi cualquier compuesto de desecho introducido en dichas corrientes de agua inician reacciones bioquímicas (como la reacciónj que se mostró antes). Estas reacciones bioquímicas crean lo que se midje como demanda bioquímica d l oxígeno (BOD). j
i
Uno de los constituyentes que son medidos más comunmente del agua de desecho es la demanda bioquímica del oxígeno. El agua de desecho está compuesta por una variedad de sustancias orgánicas e i inorgánicas. Las sustancias orgánicas se refieren a moléculas que sori a base
: í de carbono y que incluyen, por ejemplo, materia fecal así como detergentes, jabones, grasas, cebos, etc. Las grandes moléculas orgánicas son descompuestas fácilmente por las bacterias. Sin embargo se necesita oxígeno para este proceso de romper las moléculas grandes en moléculas
i más pequeñas, y eventualmente en dióxido de carbono y agua. La Cantidad
I
I
de oxígeno que se requiere para este proceso se conoce como la demanda
i bioquímica del oxígeno (BOD). En un ejemplo se mide la BOD de cinco días,
o BOD5, por medio de la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos durante un período de cinco días, y es la medida más común de la cantidad de material orgánico biodegradable en, o la fuerza de, las aguas negras. |
Tradicionalmente se ha utilizado la BOD para medir la fuerza del efluente liberado desde las plantas de tratamiento de aguas negras convencionales, a las aguas o corrientes superficiales. Esto se debe a que las aguas negras altas en BOD pueden consumir el oxígeno en las aguas receptoras, provocando la muerte de los peces y cambios en el ecosistema.
í
En un ejemplo no limitante, basándose en criterios para la descarga én agua superficial, el estándar de tratamiento secundario para BOD se ha establecido en 30 mg BOD/I (es decir, se consumen 30 mg de 02 por litro de agua
i durante 5 días para descomponer el desecho. j
En un ejemplo de aplicación de la demanda bioquímica del oxígeno (BOD), el sensor y el módulo de interfaz de sensor (SIM) que se
: i describen en la presente, se puede colocar en un lugar adecuado con relación al agua de desecho u otro medio para hacer las mediciones deseadas, como por ejemplo, para monit :orear el cambio en la concentración de oxígeno] i
El sensor y el módulo de interfaz de sensor (SIM) de acuerdo
i con la invención también se puede usar para medir la temperatura. Por ejemplo, se puede: utilizar el perclorato de tris(4,7-difenil-1 ,10-fenantrolina)rutenio(ll) como la molécula indicadora e integrarse dentro de un material, como plástico o vidrio, o un sensor encerrado generalmente! dentro
I de un alojamiento metálico que es generalmente impermeable al oxígeno. La molécula indicadora es irradiada, lo cual causa luminiscencia. En una concentración fija de oxígeno, la luminiscencia cambia como una función del tiempo (es decir, la temperatura, la luminiscencia es mayor a temperaturas más bajas, y menor a temperaturas más altas), y es detectada por el sensor.
La temperatura se puede determinar basándose en el cambio! en la luminiscencia o fase desde el SIM. !
I
Aunque se han descrito varias modalidades/variacione.s de la invención, deberá entenderse que únicamente se presentaron como ejemplo, y no por limitación. Dé este modo, la amplitud y el alcance de la invención no
i deben limitarse por ninguna de las modalidades ejemplares anteriormente descritas, sino que deben definirse sólo de acuerdo con las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes.
Claims (43)
1 .- Un dispositivo para medir una concentración de analito, que comprende: un sensor, dicho sensor comprende por lo menos una molécula indicadora que está en comunicación con un transductor; un módulo de ¡ i interfaz de sensor que está en comunicación con el sensor, en donde el i I módulo de interfaz de sensor comprende un microcontrolador; y en donde el módulo de interfaz de sensor facilita la medición del dominio de tiempo de la i emisión de excitación de dicha por lo menos una molécula indicadora. \
2. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sensor es un sensor óptico. j
3. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, j caracterizado además porque el sensor comprende una fuente de radiación. J
4. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la fuente de radiación comprende un diodo ; i emisor de luz (LED). !
5. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el LED comprende cualquiera de un LED azul, un LED violeta y un LED rojo. ¡
6. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , i caracterizado además porque el módulo de interfaz de sensor comprende una j interfaz que hace posible la comunicación entre el sensor y el módulo de interfaz de sensor. j
7.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la interfaz comprende una interfaz análoga.
8.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque también comprende un sistema de j datos externo. j
9. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque también comprende una interfaz qúe hace posible las comunicaciones entre el módulo de interfaz de sensor y el jsistema de datos externo. i
10. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la por lo menos una molécula indicadora i comprende cualquiera de perclorato de tris(4,7-dife†il-1 ,10-fenantrolina)rutenio(ll) complejo, un indicador a base de lantánido, e hidrocarburos aromáticos. i !
11. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 10, ! caracterizado además porque el indicador a base de lantánido comprende cualquiera de europio y complejos de terbio. j i
12.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la por lo menos una molécula indicadora es adyacente al sensor.
13.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , I caracterizado además porque el sensor y el módulo de interfaz de sensor pueden estar provistos con, y decomunicarse utilizando un tablero de circuitos. I
14.- Un método para medir la concentración de un anaHto, que comprende: seleccionar un sensor; proporcionar una molécula indicadora en forma adyacente al sensor; generar una forma de onda de estímulo basada en el analito; excitar a la molécula indicadora; detectar una caracterís itica del analito basándose en su característica de respuesta a la molécula ind iicadora i excitada; y determinar la concentración del analito. j
15.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la generación de la forma de onda de estímulo comprende aproximar una forma de onda de voltaje como una onda senoidal. ¡
16. - El método de conformidad con la reivindicaci jón 14,' caracterizado además porque también comprende sobremuestrear la forma de onda de estímulo y la forma de onda de respuesta. j
17. - El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque también comprende determinar un retraso de fase entre la forma de onda de estímulo y la forma de onda de respuesta.
18. - El método de conformidad con la reivindicación 14, I caracterizado además porque la excitación de las moléculas indicadoras ¦ i comprende irradiar las moléculas indicadoras. j
19. - El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque también comprende detectar una radiación fotoluminiscente de las moléculas indicadoras. |
20.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la selección del sensor comprende seleccionar un sensor óptico. |
21.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque también comprende accionar una¡ fuente radiante con la forma de onda de estímulo. |
22.- Un dispositivo para medir la concentración de un i analito, que comprende: un microcontrolador que está configurado para emitir una señal digital periódica de una frecuencia predeterminada y compu itar una diferencia de fase entre una forma de onda de estímulo y una forma de onda de respuesta; un convertidor de digital a análogo que funciona para convertir la señal digital periódica en una forma de onda de voltaje periódico; un jfiltro de paso bajo que funciona para filtrar la forma de onda de voltaje periódico y emitir la forma de onda de estímulo; un convertidor de voltaje a corriente que funciona para convertir la forma de onda de estímulo en una forma de onda de corriente periódica y para accionar una fuente radiante, en donde la fuente radiante irradia sobre las moléculas indicadoras; y un amplificador de transimpedancia de paso de banda que funciona para convertir una corriente proveniente de un transductor fotoeléctrico en la forma de onda de respuesta, I en donde la radiación de las moléculas indicadoras incide en un transductor ; i fotoeléctrico; en donde la diferencia de fase es una función de una I concentración de analito local a las moléculas indicadoras. !
23. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la señal digital periódica tiene una frecue i ncia en la escala de 9kHz a 11 kHz. j
24. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el microcontrolador también está configurado para comunicar en serie un parámetro relacionado con la computación de la concentración de un analito con un aparato externo al dispositivo. j i
25. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el dispositivo está en comunicación jcon un dispositivo externo. j
26. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, I caracterizado además porque el dispositivo externo comprende un sistema de i recolección de datos. ! i
27. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la fuente de radiación comprende un diodo emisor de luz (LED). ¡
28. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el microcontrolador también está configurado para emitir la señal digital periódica en el colector de salida digital de la siguiente manera: (a) el microcontrolador espera recibir una instrucción para tomar datos de concentración; dicha instrucción transmitida a un puerto de entrada en serie del microcontolador; (b) el microcontrolador emite una señal de impulso en el colector de salida digital; (c) el microcontrolador emite una señal que representa una onda senoidal cuantificada a una frecuencia predeterminada en el colector de salida digital; y (d) el microcontrolador ajusta el colector de salida digital en un valor de espera.
29. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el microcontrolador también está configurado para convertir la diferencia de fase a un valor de concentración de analito utilizando una función de transferencia. ¦
30. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque la función de transferencia comprende variables dependientes de cualquiera de temperatura, presión y humedad. 1
31. - Un sensor de concentración de analito que comprende: el I dispositivo de la reivindicación 22, en donde el dispositivo es adyacente al analito. |
32. - El sensor de concentración de analito de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque el analito es la fuente de radiación comprende un LED, el transductor fotoeléctrico comprende un fotodiodo, y las moléculas indicadoras exhiben inhibición fotoluminiscente en la presencia de 02. ! i
33. - Un método para determinar la concentración de un analito, el método comprende: crear una señal de salida digital periódica en la salida de un microcontrolador; convertir la señal de salida digital periódica ;en una forma de onda de corriente accionadora filtrada, dicha forma de onda de corriente accionadora filtrada tiene la misma frecuencia que la señal de salida digital periódica; accionar una fuente de radiación con dicha corriente accionadora filtrada, en donde la radiación proveniente de la fu|ente de radiación incide en moléculas indicadoras; detectar la excitancia radiante de j las moléculas indicadoras con un transductor fotoeléctrico, en dónde el transductor fotoeléctrico emite una forma de onda de la misma frecuencia que la forma de onde de corriente accionadora filtrada; y medir una diferencia de i fase entre la forma de onda de corriente accionadora filtrada y la forma de onda emitida del transductor fotoeléctrico; en donde la diferencia de lfase se correlaciona con una concentración de analito local a las moléculas indicadoras.
34.- El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque el analito es O2, la fuente de radiación comprende un LED, el transductor fotoeléctrico comprende un fotodiodo, y las moléculas indicadoras exhiben inhibición fotoluminiscente en la prese jncia de 02. ! i I
35. - Un método para medir la concentración de un analito, que I comprende: seleccionar un sensor; proporcionar una molécula indicadora en ! forma adyacente al sensor; generar una forma de onda de estímulo basada en el analito; excitar a la molécula indicadora; detectar una característica del analito basándose en su característica de respuesta a la molécula indicadora excitada; y determinar la concentración del analito.
36. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque también comprende sobremuestrear la forma de onda de estímulo y la forma de onda de respuesta. j
37. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque también comprende determinar un retraso de fase entre la forma de onda de estímulo y la forma de onda de respues ita.
38. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque la excitación de las moléculas indicadoras I comprende irradiar las! moléculas indicadoras. 1
39.- El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque también comprende detectar una rádiación I fotoluminiscente de las moléculas indicadoras. !
40. - El método de conformidad con la reivindicac ón 35, caracterizado además porque la selección del sensor comprende seleccionar un sensor óptico. j
41. - El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque también comprende accionar una fuente radiante con la forma de onda de estímulo. '
42. - Un método para determinar la presencia de oxígeno dentro de un medio, que comprende: seleccionar un sensor de oxígeno; proporcionar el sensor con una molécula indicadora; ubicar el senso^ dentro de un medio; transmitir una señal modulada de fase a un sensor de|sde un módulo de ¡nterfaz de sensor; determinar una velocidad de cambio de la señal i modulada de fase; y determinar una concentración de oxígeno del oxígeno dentro del medio. I
43.- El método de conformidad con la reivindicación 42 caracterizado además porque el medio comprende cualquiera dé agua sangre y aire. |
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