INDICE

1. BIOPOTENCIALES

Origen de los Biopotenciales. 2 Potencial de accion. 2 Potencial de reposo 4 Potencial de Nernst 4

2. BOMBA DE SODIO Y POTASIO6

Funcionamiento y activacion de la Bomba se Na y K 8 Modelo del circuito de la membrana celular 9

3. BIOSENSORES13

Principio de deteccion 14 Partes de un Biosensor 16 Tipos de Biosensores 17 FET’S 17 Biosesnores tipo termistor 18 Biosensores Optoelectrónicos 18 Biosensores de célula entera 19 Aplicaciones de los biosensores 20

Una nueva generacion de biosensores 22

4. NANOSENSORES BIOLOGICOS27

5. SENSORES Y TRANSDUCTORES28

SENSORES Y TRANSDUCTORES CAPACITIVOS 28 SENSORES DE PRESIÓN 30 Sensores FSR (Force Sensitive Resistor) 33 SENSORES INDUCTIVOS 37

6. BIBLIOGRAFIA40

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BIOPOTENCIALES, FISIOLOGÍA, SOLUCIONES, SENSORES Y

TRANSDUCTORES BIOMÉDICOS

1.- BIOPOTENCIALES

Origen de los Biopotenciales

Para entender la naturaleza exacta del impulso nervioso, es conveniente remontarse al

principio y conocer algunos estudios relacionados con la apasionante historia de la

biología (Baker 1990, Curtis 1983, Ganong 1992).

El descubrimiento de que las células nerviosas podían estimular los músculos

ocasionando su contracción ocurrió por accidente en 1786, cuando Luigi Galvani,

fisiólogo italiano, estaba experimentado con músculos de ranas. Galvani había

disecado una rana la que colocó en una mesa, donde a una distancia prudencial había

también una máquina eléctrica. Uno de sus ayudantes, por azar, aplicó la punta del

bisturí a los nervios crurales de la rana disecada. Repentinamente observó que todos

los músculos de los miembros se contraían violentamente. Otro ayudante presente

observó que el fenómeno ocurría sólo cuando la máquina eléctrica producía una

chispa.

Esto entusiasmó a Galvani, quien trató de repetir el experimento con el fin de clarificar

el oscuro fenómeno. Así notó que efectivamente se repetía. Para verificar y comprobar

si en verdad la contracción muscular estaba relacionada con la electricidad se valió del

rayo. Montó un pararrayos, conectó el alambre del pararrayos a los nervios de la rana

y esperó a que se desatara una tormenta eléctrica. Siempre que se producía un rayo,

al mismo tiempo todos los músculos sufrían contracciones violentas como si quisieran

avisar el trueno. Utilizando el músculo como indicador visible, Galvani concluyo

acertadamente que los nervios podían ser estimulados por la electricidad.

Potencial de acción

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Un potencial de acción o también llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga

eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular . Los potenciales de acción se

utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que hace que

sean una característica microscópica esencial para la vida de los animales. Pueden

generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son

las células del sistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas o desde

células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas.

Muchas plantas también generan potenciales de acción que viajan a través del floema

para coordinar su actividad. La principal diferencia entre los potenciales de acción de

animales y plantas es que las plantas utilizan flujos de potasio y calcio mientras que

los animales utilizan potasio y sodio.

Los potenciales de acción son la vía fundamental de transmisión de códigos neurales.

Sus propiedades pueden frenar el tamaño de cuerpos en desarrollo y permitir el

control y coordinación centralizados de órganos y tejidos.

Partes del potencial de acción:

1.- Potencial en reposo (antes de que se de el estimulo).

2.- Periodo de latencia (tiempo en que tarda en llegar el potencial al registro).

3.- Fase de despolarización (se hace positivo el potencial).

4.- Sobretiro o meseta (cuando el potencial esta invertido).

5.- Fase de repolarización (se hace negativo el potencial de nuevo).

6.- Fase de hiperpolarización (se hace más negativo que el potencial en reposo).

El ciclo anterior puede describirse de la siguiente forma

1 = reposo,

2 = activo,

3 = inactivo,

4 = reposo.

En el Periodo refractario absoluto no hay respuesta, porque los canales de Na están

activos o inactivados y se da en la fase de despolarización. En el periodo refractario

relativo se pueden ver dos respuestas, porque ya algunos canales de Na están en

reposo.

Se da en la fase de repolarización e hiperpolarización.

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A la hiperpolarización, se le considera como periodo refractario relativo, aunque ya los

canales de Na están en reposo, porque por la hiperpolarización se necesita más

intensidad para alcanzar el disparo.

En la repolarización también se necesita más intensidad para alcanzar el potencial.

Potencial de reposo

El potencial de reposo es la diferencia de potencial que existe entre el interior y el

exterior de una célula. Se debe a que la membrana celular se comporta como una

barrera semipermeable selectiva, es decir permite el tránsito a través de ella de

determinadas moléculas e impide el de otras. Este paso de sustancias es libre, no

supone aporte energético adicional para que se pueda llevar a cabo. En las células

eléctricamente excitables, el potencial de reposo es aquel que se registra por la

distribución asimétrica de los iones (principalmente sodio y potasio) cuando la célula

está en reposo fisiológico, es decir, no está excitada. Este potencial es generalmente

negativo, y puede calcularse conociendo la concentración de los distintos iones dentro

y fuera de la célula. La distribución asimétrica de los iones se debe a los gradientes

químicos de los mismos. Este gradiente está compuesto por el gradiente eléctrico y el

gradiente de concentración de un determinado ion.

Potencial De Nernst

La fuerza electroquímica que lleva a un ión cruzar la membrana es la diferencia

entre el potencial de reposo y el potencial de equilibrio del ión. El potencial de

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equilibrio para un ión es el potencial en el que no hay un flujo neto de iones a través de

la membrana. Se puede calcular el potencial de equilibrio para iones individuales

usando la ecuación de Nernst, o para varios iones con la ecuación de Goldman. A

mayor valor de cociente, mayor tendencia de los iones para difundir en esa dirección.

Ecuación de Nernst:

Donde: R es la constante de los gases, T es la temperatura absoluta, Z es el estado de

oxidación del ión, F es la constante de Faraday, Q la concentraciones del ión extra e

intracelulares respectivamente

Ecuación de Goldman:

En esta se toma en cuenta las concentraciones y permeabilidad relativa de (P) del K+,

Na+ y Cl-, cuando la membrana es permeable a varios iones el potencial de acción

depende de los siguientes factores

1. Polaridad de la carga eléctrica de cada ion

2. Permeabilidad de la membrana: la importancia de cada uno de los iones en la

determinación del voltaje es proporcional a la permeabilidad de la membrana para ese

determinado ion.

3. Las concentraciones respectivas: es decir un gradiente de concentración de iones

positivos desde el lado interior al lado externo de la membrana origina

electronegatividad en el interior.

4. El transporte activo de iones contra el gradiente electroquímico: tiene que ver con la

permeabilidad de ciertos canales como lo son los canales de sodio y potasio a ciertos

iones.

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2.- BOMBA DE SODIO Y POTASIO

La bomba Na:K es un sistema de transporte de íons Sodio (Na) para fuera de la

célula, y de íons Potasio ( K) para dentro de la misma. Realmente poco Sodio sale, o

entra, en la célula por el sistema de Ósmosis. Si la ósmosis fuera eficaz, ella haría con

que la cantidad de Sodio fuese la misma dentro y fuera de las células. Pero no es lo

que pasa: el Sodio está en mayor cantidad fuera de la célula (142 mEq/l) y en menor

dentro de la célula (10 mEq/l). Es por eso que la mayoría del Sodio sale de la célula

para un sistema llamado" transporte activo " dónde la presencia del Potasio y el uso de

energía, son esenciales.

La bomba sodio-potasio funciona de manera asimétrica, de tal suerte que la

corriente sódica de salida es de mayor magnitud que la corriente de entrada potásica.

Como consecuencia de este funcionamiento asimétrico se genera el potencial de

reposo transmembrana. En cuanto a la salida de calcio, también intervendría una

bomba que utiliza energía proveniente de la degradación del ATP. La salida del calcio

depende de la gradiente de concentración de sodio y por consiguiente es influida por

la bomba sodio-potasio.

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El dibujo a seguir muestra como el Sodio es transportado desde dentro para

fuera de la célula y vice-versa. Como podemos ver, para salir de la célula, el Sodio

necesita agarrarse a un" transportador Y.", Ese transportador “Y” lleva el Sodio de

dentro para fuera de la célula. Después de haber cumplido esta función, él se

transforma en el "transportador X", que lleva el Potasio de fuera para dentro de la

célula. Después de llevar el Potasio, él se transforma de nuevo en el transportador Y.

Para haber esta última transformación, hay un gasto de energía que es proporcionada

por Mg-ATP (Trifosfato de Adenosina-Magnesio), que es producido por la propia

célula. La bomba Na:K es más eficaz para el Sodio: ella lleva 3 íons Na para fuera y

trae el 2 íons K para dentro.

La salida del Sodio (Na+) de la célula, hace con que el líquido extracelular tenga

un mayor potencial eléctrico positivo. Eso atraerá los íons negativos (Cloro, etc.) para

fuera de la célula. Con más Na+ y Cl - fuera de la célula, el agua saldrá de dentro de la

célula, por ósmosis, evitando el entumecimiento arriba de lo normal.

De esa manera podemos entender la importancia del Potasio en la alimentación

de las personas, porque su deficiencia daña el funcionamiento de la bomba Na+ :K+

que es esencial a la vida normal de todas las células del cuerpo humano. El Magnesio

también es muy importante porque es parte de la molécula de energía (Mg-ATP),

esencial al funcionamiento de ese sistema.

Por ejemplo: En las personas hipertensas, la sal debe ser poco consumida,

porque ella aumenta la cantidad de agua en el organismo y en consecuencia aumenta

la presión arterial. Estos factores aumentan el flujo de agua para dentro de la célula y

la bomba Na+: K+ debe ser muy eficaz para intentar evitar el entumecimiento de la

célula e su posible muerte. Si no hay un buen suministro de Potasio y Magnesio, la

bomba Na: K, no trabajará correctamente, llevando a las consecuencias mencionadas.

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Es por eso, que para las personas hipertensas, son deseables los alimentos con

menos Sodio, y más Potasio.

FUNCIONAMIENTO y ACTIVACION DE LA BONBA DE Na+: K+

En base no es mas que la transmisión del mensaje (que es un impulso nervioso

de carácter eléctrico) que es conducido a través del cuerpo celular a lo largo del axón

hasta el botón sinático para liberar alguna sustancia transmisora. La neurona tiene

un medio interno y un medio externo, tanto fuera como dentro tiene iones positivos y

negativos, aunque cada medio suele tener una mayor concentración de iones, así el

medio interno tiende a ser negativo y el medio externo a positivo. De tal forma que el

medio externo de la neurona lo constituyen fundamentalmente Sodio (Na+) y Cloro

(cl-) y en el medio interno potasio (K+) y Aniones (A-). Para entender como se

mantiene esta distribución de iones hay que entender dos conceptos claros:

Gradiante de Difusión (GD): tendencia de las moléculas a homogeneizarse,

yendo al lugar de menos moléculas.

Gradiante Electroestático (GE): Hace referencia a las fuerzas de atracción y

fuerzas de repulsión.

En el caso del Potasio el GD le empuja hacia fuera pero como el medio externo

es positivo se repele. En el caso de los aniones, el GD le empuja hacia fuera y el GE le

atrae pero son demasiados grandes para traspasar la membrana. En el caso del

Sodio: El GD le obliga a entrar y el GE le atrae, pero no lo hace (pocos canales de

sodio y la bomba de sodio potasio que expulsa tres iones de sodio por cada dos de

potasio) Y en el caso del Cloro: el GD le empuja a entrar pero el GE lo repele.

Una vez entendido esto podemos ver QUÉ es el potencial de acción que se rige

por la ley del todo o nada (50 mv): EL POTENCIAL DE ACCION: El Potencial de

Acción es un cambio breve en la permeabilidad de la membrana al paso de los iones

de sodio y potasio. Su duración es de 4 milisegundos aproximadamente. Y solo se

produce cuando superamos el umbral mínimo de excitación.

¿Qué provoca un cambio de permeabilidad?

Despolarización: Apertura de los canales de Sodio y Entrada de sodio

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Repolarización: Se cierran los canales de Sodio y se abren los de Potasio así se

produce una salida de potasio al exterior de la membrana

Hiperpolarización: salida masiva de potasio

Reposo: hay poco potasio fuera. La membrana se estabiliza El cambio de potencial se

produce debido a la entrada de sodio al interior de la membrana, así como de la salida

de potasio, ese cambio eléctrico se da alternativamente en el axón, a modo de ejemplo

escogeremos una conducción local, dado en los axónes amielínicos.

En reposo los canales están muy abiertos para el potasio. La tendencia general es

equilibrarse a -70mv, y este equilibrio se produce gracias a la bomba de sodio-potasio;

la bomba de sodio-potasio actúa de tal forma que tiende a equilibrar el potencial de la

membrana y lo hace sacando 1 de sodio por cada 3 de potasio que mete. Esta es su

función, hacer que salga sodio y entre potasio. Con la propagación del impulso

nervioso la membrana se vuelve más permeable al sodio, así aparece el Potencial de

Acción. Esta despolarización en el cono axónico es lo que provoca el cambio de

potencial, aunque el Estimulo puede ser mecánico, térmico, eléctrico... etc. Bueno una

vez llegado el impulso eléctrico al botón sináptico este produce una apertura de

canales de calcio que da lugar a la libre acción de neurotransmisores para así

comunicarse con otra neurona. He aquí LA SINAPSIS lugar o región donde se estable

la unión funcional entre neuronas.

La membrana presinaptica libera al espacio sinaptico neurotransmisores que se

acloparan en la membrana postsinaptica de la otra neurona transfiriendo así el impulso

eléctrico hacia otra neurona

Modelo del circuito de la membrana Celular

A. Un circuito básico RC (resistencia/condensador) superpuesto sobre una membrana

bicapa, muestra la relación entre ambos. B. Se pueden utilizar circuitos más

elaborados para representar modelos de membranas con canales iónicos, como este

ejemplo con canales de sodio (azul) y potasio (verde).

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Las membranas celulares con canales iónicos pueden representarse con un modelo

de circuito RC para entender mejor la propagación de potenciales de acción en

membranas biológicas. En estos circuitos, la resistencia representa los canales iónicos

de membrana, mientras que el condensador representa el aislamiento de la membrana

lipídica. Los potenciómetros indican los canales iónicos regulados por voltaje, ya que

su valor cambia con el voltaje. Una resistencia de valor fijo representa los canales de

potasio que mantienen el potencial de reposo. Los gradientes de sodio y potasio se

indican en el modelo como fuentes de voltaje (pila).

Propagación

En los axones amielínicos, los potenciales de acción se propagan como una

interacción pasiva entre la despolarización que se desplaza por la membrana y los

canales de sodio regulados por voltaje.

Los potenciales de acción de membrana pueden representarse uniendo varios

circuitos RC, cada uno representando un trozo de membrana.

Cuando una parte de la membrana celular se despolariza lo suficiente como para que

se abran los canales de sodio dependientes de voltaje, los iones de sodio entran en la

célula por difusión facilitada. Una vez dentro, los iones positivos de sodio impulsan los

iones próximos a lo largo del axón por repulsión electrostática, y atraen los iones

negativos desde la membrana adyacente.

Como resultado, una corriente positiva se desplaza a lo largo del axón, sin que ningún

ion se esté desplazando muy rápido. Una vez que la membrana adyacente está

sufiencientemente despolarizada, sus canales de sodio dependientes de voltaje se

abren, realimentando el ciclo. El proceso se repite a lo largo del axón, generándose un

nuevo potencial de acción en cada segmento de la membrana.

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Velocidad de propagación

Los potenciales de acción se propagan más rápido en axones de mayor diámetro, si

los demás parámetros se mantienen. La principal razón para que ocurra es que la

resistencia axial de la luz del axón es menor cuanto mayor sea el diámetro, debido a la

mayor relación entre superficie total y superficie de membrana en un corte transversal.

Como la superficie de la membrana es el obstáculo principal para la propagación del

potencial en axones amielínicos, el incremento de esta tasa es una forma

especialmente efectiva de incrementar la velocidad de la transmisión.

Un ejemplo extremo de un animal que utiliza el aumento de diámetro de axón como

regulador de la velocidad de propagación del potencial de membrana es el calamar

gigante. El axón del calamar gigante controla la contracción muscular asociada con la

respuesta de evasión de depredadores del animal. Este axón puede sobrepasar 1 mm

de diámetro, y posiblemente sea una adaptación para permitir una activación muy

rápida del mecanismo de escape. La velocidad de los impulsos nerviosos en estas

fibras es una de las más rápidas de la naturaleza, para los que poseen neuronas

amielínicas.

Conducción saltatoria

En axones mielínicos, la conducción saltatoria es el proceso por el que los potenciales

de acción parecen saltar a lo largo del axón, siendo regenerados sólo en unos anillos

no aislados (los nodos de Ranvier). La conducción saltatoria incrementa la velocidad

de conducción nerviosa sin tener que incrementar significativamente el diámetro del

axón.

Ha desempeñado un papel importante en la evolución de organismos más complejos

cuyos sistemas nerviosos necesitan transmitir rápidamente potenciales de acción a

largas distancias. Sin conducción saltatoria, la velocidad de conducción requeriría

incrementos drásticos en el diámetro del axón, a tal punto que podrían resultar en la

formación de sistemas nerviosos excesivamente grandes para los cuerpos que deben

alojarlos.

Mecanismo detallado

El principal obstáculo para la velocidad de transmisión en axones amielínicos es la

capacitancia de la membrana. La capacidad de un condensador puede disminuirse

bajando el área de un corte transversal de sus placas, o incrementando la distancia

entre las placas. El sistema nervioso utiliza la mielinización para reducir la capacitancia

de la membrana. La mielina es una vaina protectora creada alrededor de los axones

por las células de Schwann y los oligodendrocitos, células de la neuroglía que aplastan

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sus citoplasmas formando láminas de membrana y plasma. Estas láminas se arrollan

en el axón, alejando las placas conductoras (el plasma intra y extracelular) entre sí,

disminuyendo la capacitancia de la membrana.

El aislamiento resultante redunda en un conducción rápida (prácticamente

instantánea) de los iones a través de las secciones mielinizadas del axón, pero impide

la generación de potenciales de acción en estos segmentos. Los potenciales de acción

sólo se vuelven a producir en los nodos de Ranvier desmielinizados, que se sitúan

entre los segmentos mielinizados. En estos anillos hay un gran número de canales de

sodio dependientes de voltaje (hasta cuatro órdenes de magnitud superior a la

densidad de axones amielínicos), que permiten que los potenciales de acción se

regeneren de forma eficaz en ellos.

Debido a la mielinización, los segmentos aislados del axón actúan como un cable

pasivo: conducen los potenciales de acción rápidamente porque la capacitancia de la

membrana es muy baja, y minimizan la degradación de los potenciales de acción

porque la resistencia de la membrana es alta. Cuando esta señal que se propaga de

forma pasiva alcanza un nodo de Ranvier, inicia un potencial de acción que viaja de

nuevo de forma pasiva hasta que alcanza el siguiente nodo, repitiendo el ciclo.

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3.- BIOSENSORES

Un biosensor es un dispositivo para la detección del analyte ese combina un

componente biológico con un componente fisicoquímico del detector.

Consiste en 3 porciones:

Elemento biológico sensible (material biológico (eg. tejido fino,

microorganismos, organelles, receptores de la célula, enzimas, anticuerpos,

ácidos nucleic, el etc), un material biológico derivada o un biomimic) los

elementos sensibles se pueden crear cerca ingeniería biológica.

Transductor o elemento del detector (trabajos de una manera fisicoquímica;

óptico, piezoeléctrico, electroquímico, etc.) que transforma la señal resultando

de la interacción del analyte con el elemento biológico en otra señal (es decir,

transductores) que pueda ser medida y ser cuantificada más fácilmente;

Procesadores asociados de la electrónica o de la señal que es sobre todo

responsable de la exhibición de los resultados de una manera de uso fácil.

El ejemplo más extenso de un biosensor comercial es el biosensor de la glucosa de la

sangre, que utiliza la enzima oxidase de glucosa para romper la glucosa de la sangre

abajo. Al hacer eso primero oxida la glucosa y utiliza dos electrones para reducir el

CAPRICHO (un componente de la enzima) a FADH2. Esto alternadamente es oxidada

por el electrodo (que acepta dos electrones del electrodo) en un número de pasos. La

corriente que resulta es una medida de la concentración de la glucosa. En este caso,

el electrodo es el transductor y la enzima es el componente biológicamente activo.

Recientemente, los órdenes de muchas diversas moléculas del detector se han

aplicado en supuesto nariz electrónica dispositivos, donde el patrón de la respuesta de

los detectores se utiliza para fingerprint una sustancia. Las narices electrónicas

comerciales actuales, sin embargo, no utilizan elementos biológicos.

Un canario en una jaula, según lo utilizado por los mineros advertir del gas podía ser

considerado un biosensor. Muchos de usos de hoy del biosensor son similares, en que

utilizan los organismos a los cuales responda tóxico sustancias en un mucho nivel

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inferior que nosotros para advertirnos de su presencia. Tales dispositivos se pueden

utilizar en el control del medio ambiente y en instalaciones del tratamiento de aguas.

Principios de la detección

Fotométrico

Biosensores ópticos basados en el fenómeno de resonancia superficial del plasmon

sea onda evanescente técnicas. Esto utiliza una característica demostrada de oro y

otros materiales; específicamente que una capa delgada del oro en una alta superficie

de cristal del índice de refracción puede absorber la luz laser, produciendo el electrón

agita (los plasmons superficiales) en la superficie del oro. Esto ocurre solamente a un

ángulo y a una longitud de onda específicos de la luz del incidente y es altamente

dependiente en la superficie del oro, tal que el atar de un analyte de la blanco a un

receptor en la superficie del oro produce una señal mensurable.

Los sensores superficiales de la resonancia del plasmon funcionan con una viruta del

sensor que consiste en un cassette plástico que apoya una placa de cristal, un lado de

la cual está cubierto con una capa microscópica de oro. Este lado entra en contacto

con el aparato óptico de la detección del instrumento. El lado opuesto entonces se

entra en contacto con con un sistema de flujo microfluidic. El contacto con el sistema

de flujo crea los canales a través de los cuales los reactivo se pueden pasar en la

solución. Este lado de la viruta de cristal del sensor se puede modificar de un número

de maneras, de permitir el accesorio fácil de moléculas del interés. Está cubierto

normalmente en dextran carboxymethyl o compuesto similar.

Enciéndase, en una longitud de onda fija se refleja del lado del oro de la viruta, al

ángulo de la reflexión interna total y se detecta dentro del instrumento. Esto induce a la

onda evanescente que penetre a través de la placa de cristal y someway en el líquido

que fluye sobre la superficie.

El índice de refracción en el lado del flujo de la superficie de la viruta tiene una

influencia directa en el comportamiento de la luz reflejada del lado del oro. El atar al

lado del flujo de la viruta tiene un efecto en el índice de refracción y de esta manera las

interacciones biológicas se pueden medir a un alto grado de la sensibilidad con una

cierta clase de energía.

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Otros biosensores ópticos se basan principalmente en cambios en absorbencia o

fluorescencia de un compuesto apropiado del indicador. Una herramienta ampliamente

utilizada de la investigación, micro-pone en orden, es básicamente un biosensor.

Electroquímico

Los biosensores electroquímicos se basan normalmente en catálisis enzimática de una

reacción que produzca o consuma electrones (tales enzimas derecho se llaman las

enzimas redox). El substrato del sensor contiene generalmente tres electrodos, a

electrodo de la referencia, un electrodo activo y un electrodo del fregadero. A electrodo

contrario puede también estar el presente como fuente del ion. El analyte de la blanco

está implicado en la reacción que ocurre en la superficie activa del electrodo, y los

iones producidos crean un potencial que se reste de el del electrodo de la referencia a

la elasticidad una señal. Podemos o medir la corriente (el régimen de electrones es

proporcional ahora a la concentración del analyte) en un potencial fijo o el potencial se

puede medir en la corriente cero (éste da una respuesta logarítmica). Observe que el

potencial del funcionamiento o del electrodo activo es carga del espacio sensible y

éste es de uso frecuente.

Otro ejemplo, el biosensor potentiometric, trabaja contrariamente a la comprensión

actual de su capacidad. Tales biosensores son screenprinted, conduciendo el polímero

cubierto, biosensores potenciales del circuito abierto basados en immunoassays

conjugados de los polímeros. Tienen solamente dos electrodos y son extremadamente

sensibles, robustos y exactos. Permiten la detección de analytes en los niveles

previamente solamente realizables por HPLC y LC/MS y sin la preparación rigurosa de

la muestra. La señal es producida por los cambios electroquímicos y de la

comprobación en la capa del polímero que conduce debido a los cambios que ocurren

en la superficie del sensor. Tales cambios se pueden atribuir a las reacciones de la

fuerza iónica, del pH, de la hidración y de los redox, el último debido a la etiqueta de la

enzima que vuelca un substrato.

Otros

Piezoeléctrico los sensores utilizan los cristales que experimentan una deformación

elástica cuando un potencial eléctrico se aplica a ellos. Un potencial que se alterna

(A.C.) produce una onda derecha en el cristal en una frecuencia característica. Esta

frecuencia es altamente dependiente en las características elásticos del cristal, tal que

si un cristal está cubierto con un elemento biológico del reconocimiento el

atascamiento de a el analyte (grande) de la blanco a un receptor producirá un cambio

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en la frecuencia de la resonancia, que da una señal obligatoria. De un modo que utilice

las ondas superficiales (SIERRA), la sensibilidad se aumenta grandemente. Éste es un

uso especial del Microbalanza del cristal del cuarzo en biosensor.

Los biosensores basados termométricos y magnéticos son raros.

Usos

Hay mucho uso potencial de los biosensores de varios tipos. Los requisitos principales

para un biosensor se acercan para tener valores en términos de investigación y los

usos comerciales son la identificación de una molécula de la blanco, disponibilidad de

un elemento biológico conveniente del reconocimiento, y el potencial para que los

sistemas portables disponibles de la detección sean preferidos a las técnicas

laboratorio-basadas sensibles en algunas situaciones. Algunos ejemplos se dan abajo:

Glucosa que supervisa en pacientes de la diabetes <-- conductor histórico del mercado

Otras blancos relativas a la salud médicas

Usos ambientales e.g. la detección de pesticidas y contaminantes del agua de río

Detección alejada de aerotransportado bacterias e.g. en actividades del

contador-bioterrorist

Detección de patógeno

Determinando los niveles de sustancias tóxicas antes y después bioremediation

Detección y determinación de organophosphate

Medida analítica rutinaria de ácido folic, biotin, vitamina B12 y ácido

pantothenic como alternativa al análisis microbiológico

Determinación de los residuos de la droga en alimento, por ejemplo antibióticos

y promotores del crecimiento, particularmente carne y miel.

Descubrimiento de la droga y evaluación de la actividad biológica de

compuestos nuevos.

Detección de methabolites tóxicos tales como mycotoxins

Partes de un biosensor

ANALITO O SUSTRATO

Cualquier sustancia consumida o producida en un proceso biológico

COMPONENTE BIOLOGICO

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Componente biológico siempre en contacto íntimo con el transductor

Unión covalente o no covalente

Membrana delgada recubriendo superficie de detección

Distancia entre lugar de reacción y lugar donde ocurre la transducción

eléctrica

Adsorción a la superficie (más simple)

Microencapsulación (membranas)

Atrapamiento (matriz de gel, pasta o polímero)

Unión covalente (enlaces químicos entre componente biológico y transductor)

Entrecruzamiento (agente bifuncional

Tipos de biosensores

BIOSENSORES ELECTROQUÍMICOS

– Amperométricos : Determinan corrientes eléctricas asociadas con los

electrones involucrados en procesos redox

– Potenciométricos : Usan electrodos selectivos para ciertos iones

– Conductimétricos : Determinan cambios en la conductancia asociados

con cambios en el ambiente iónico de las soluciones

BIOSENSORES TERMOMÉTRICOS

BIOSENSORES PIEZOELÉCTRICOS

BIOSENSORES ÓPTICOS

– De onda envanescente

– Resonancia de plasma superficial

BIOSENSORES CELULARES

INMUNOSENSORES

FET’S

Durante los últimos años se han realizado esfuerzos para producir un biosensor

electroquímico miniaturizado, usando unos dispositivos electrónicos convencionales

llamados transistores de efecto de campo (FET’s), ISFETs (dispositivos ion-selectivos)

o CHEMFET (sensores químicos que miden la energía de reacción con moléculas

simples). Sin embargo, todavía no se han resuelto los problemas fundamentales en la

construcción de este tipo de biosensores. Las tecnologías requeridas de inmovilización

y fabricación necesitan un mayor desarrollo. La estabilidad térmica y química del

elemento sensible tiene que ser investigada. En concreto, la encapsulación se ha

convertido en un problema crucial mientras que las propiedades de conducción de la

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superficie del material sensor, tal como nitruro de silicio, se han demostrado que son

difíciles de superar. Estos "chips" sensores (aproximadamente 30 m m de diámetro)

son similares a los usados en los ordenadores excepto que la puerta metálica que

controla la corriente del transistor es reemplazada por un material orgánico o biológico.

El material sensible responde a un cambio en el medio circundante, bien sea

gaseoso o líquido. La respuesta ejerce un efecto de campo sobre la corriente de

fuente a sumidero en el FET. Usualmente esta corriente se mantiene constante

mientras se registra la tensión de fuera necesaria para lograrlo.

Biosensores tipo termistor

Es una clase interesante de biosensores introducida en los años 70. Utilizan un

dispositivo termistor capaz de registrar las pequeñas diferencias de temperatura

producidas por las reacciones bioquímicas. A menudo se obtiene una respuesta lineal

la temperatura, en el rango de 0.01 a 0.001ºC. Los grupos americanos y suecos fueron

pioneros en el análisis térmico enzimático en forma de sondas o sistemas de flujo,

pero la miniaturización de los dispositivos todavía es esencial para obtener un

biosensor de formato aceptable.

Biosensores Optoelectrónicos

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Otro nuevo tipo de biosensores, basados en principios ópticos, fue desarrollado

alrededor de 1980 por Lowe y sus colaboradores, se le denomino sensor

optoelectrónico.

El componente biológico inmovilizado es una enzima ligada a un cromóforo que

a su vez está ligado a una membrana. Un cambio de pH generado por la reacción

enzimática cambia el color del complejocromóforo/membrana. El sistema transductor

consiste en un simple diodo electroluminiscente (LED), con una longitud de onda

correspondiente al pico de absorción del cromóforo y un fotodiodo acoplado. La

cámara de flujo representada era extremadamente estable y dio una señal muy

aceptable.

Biosesnosres de célula etera

Un campo totalmente diferente en la construcción de biosensores es aquel que

utiliza orgánulos o células enteras inmovilizadas. Ejemplos de esta clase de

biosensores usados en diferentes aplicaciones comerciales se muestran en la tabla.

Estos biosensores son básicamente potenciométricos o amperiométricos, pero tienen

una lenta respuesta característica y a menudo responden a un amplio espectro de

sustratos.

Los biosensores de célula entera podrán llegar a constituirse en una clase en sí

mismos cuando se disponga de células manipuladas genéticamente ex profeso para

suministrar una secuencia enzimática determinada o regenerar factores complejos.

Estas consideraciones pueden convertirse en un factor de costo a tener en cuenta

frente a otros modelos de biosensor.

19

Aplicaciones de los biosensores

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.

Química clínica, medicina y terapéutica Biosensores de mesa de tipo

electroquímico se encuentran, por supuesto, en servicio rutinario en los laboratorios de

bioquímica clínica para determinar glucosa, ácido láctico, etc.

Otra área de la medicina clínica y terapéutica donde los biosensores entrarán

con fuerza es la monitorización fuera de las horas de visita. Un ejemplo donde se

requiere una monitorización de bolsillo, cómoda para el usuario, es el control de

glucosa sanguínea en los diabéticos. La tasa de glucosa en sangre de un diabético

insulino-dependiente tiene que determinarse dos o tres veces al día y es vital para la

salud del paciente que tal control se realice con precisión. Aparatos de este tipo están

siendo desarrollados por varias compañías.

20

Tal monitorización mejorará la eficacia de los cuidados al paciente reemplazando

los laboriosos, y a menudo lentos, sistemas de ensayos actuales. Ello llevará a una

práctica clínica más próxima al enfermo, facilitando una rápida toma de decisiones en

clínica. Una gran cantidad de sustancias requieren ser controladas en estas

situaciones, tales como antígenos, anticuerpos, colesterol, compuestos

neuroquímicos, etc., la lista sería enorme.

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 los tests presentes, principalmente físicos,

por ejemplo el caso del diagnostico y monitorización del cáncer.

Veterinaria, agricultura y alimentación

En este campo hay muchas áreas donde ni siquiera se dispone de sistemas de

análisis convencionales. La introducción de biosensores adecuados repercutirá con

éxito en las siguientes áreas:

Cuidado de animales: Control de la fertilidad y de enfermedades infecciosas.

Industrias lácticas: Leche (proteínas, grasa, anticuerpos, hormonas, vitaminas)

Frutas y verduras: Diagnosis viral y de hongos.

Alimentos: Contaminación y toxinas (Salmonella).

Fermentaciones: Mejora la producción y control de calidad.

21

Industrias de fermentación, producción farmacéutica

Además de la fermentación alcohólica hay un número considerable y cada vez mayor

de sustancias que se están produciendo a escala a partir de cultivos de células

eucariotas y procariotas. La monitorización de estos delicados y caros procesos es

esencial para reducir y mantener bajos costes de producción. Además, pueden

diseñarse biosensores específicos para medir la generación de un producto de

fermentación.

El uso de biosensores en los procesos industriales beneficia al fabricante de varias

formas:

Un biosensor pude hacerse compatible tanto con el análisis en línea como con el

muestreo discretizado.

1. Proporciona la posibilidad de respuesta rápida y, por lo tanto, un control

feedback mejorado.

2. No interfiere el flujo del proceso.

3. Un biosensor tiene una vida útil potencial de días, a veces semanas, lo que

permite dedicar al personal técnico a otras tareas.

4. Facilita el muestreo rápido y el rechazo de materias primas por debajo del

estandar durante la misma entrega.

5. Proporciona un método de monitorización de bajo coste para materias primas y

productos almacenados.

6. Proporciona un acceso a medios remotos

LOS BIOSENSORES PUEDEN HACERSE RELATIVAMENTE BARATOS.

CONTROL DE POLUCIONES Y MEDIO AMBIENTAL

Debido a que pueden ser miniaturizados y automatizados, los biosensores

pueden desempeñar muchos papeles en estos campos.

Un área donde los biosensores de célula entera pueden llegar a ser importantes

es el control de aguas, para combatir el creciente número de polucionantes

encontrados en las aguas superficiales y, por tanto, en las aguas de bebida.

Actualmente aparecen tantos materiales no deseados en las aguas superficiales que

el análisis de una única sustancia es insuficiente, se requiere un biosensor de amplio

espectro. Este tipo de biosensor, para la determinación de la DBO, ya está en el

mercado.

22

Esta área del desarrollo de biosensores está aumentando progresivamente su

interes militar. Por ejemplo, una compañía ha producido un biosensor enzimático para

detectar gas nervioso. Con las recientes tendencias hacia el desarrollo de arsenales

biológico sofisticados esta área de la investigación en biosensores debe recibir una

atención prioritaria.

Una nueva generacion de biosensores

Los MIPs ( Polímeros que contienen una memoria molecular impresa) tienen una

propiedades únicas que los hacen especialmente sensibles a la tecnología de

sensores. Exhiben buenas especificaciones de varios componentes para el interes

medico, medioambiental y de industria; y tienen una excelente estabilidad operacional.

Sus propiedades reconocidas no son afectadas por ácidos, bases, calor o

tratamiento en fase orgánica, haciéndolos altamente aceptables como elementos de

reconocimiento en sensores químicos. Durante algunos primeros ensayos los MIPs se

usaban en sensores que tenían un papel en medidas ópticas sobre finas capas de

vitamina K1 donde estaban impresos polímeros. Otro biosensor incluía la medida de

cambios en el potencial eléctrico sobre una columna de HPLC con un polímero

específico de fenilalanina, que era tan bueno como los estudios de permeabilidad de

membranas de MIP. De todos modos esto no se consideraba como sensores

biomemorizados en el estricto sentido.

Se propuso un biosensor real basado en un MIP en 1991. Este fue seguido por

el primer ensayo para hacer un sensor biomemorizado basado en la capacidad de

medida sobre un transistor de campo-efecto cubierto con un polímero impreso de

fenilalanina. Los resultados fueron cualitativos. Una subsecuencia descrita por un

sensor de morfina amperométrico mostró resultados cuantitativos, se pudo detectar

una concentración de morfina en un rango de 0.1-10m g/mL. También mostró una

larga estabilidad térmica, resistencia al duro medioambiente químico.

Otra aproximación basadas en medidas conductimétricas, una señal directa es

obtenida de manera obligatoria( debido al aumento de la concentración local) de las

especies cargadas positivamente a las cargadas negativamente que están cargadas

en el conductímetro. La diferencia en señal entre el sensor y un sensor de referencia

correlativo es la concentración del analito. Este tipo de sensor arreglado es útil sólo en

matrices bien definidas en las cuales las interferencias causadas por la conductividad

de la solución pueden ser controladas. También pueden ser presentadas las medidas

de membranas permeables por MIP.

23

La demostración más convincente de la utilidad de un sensor biomemorizado

real basado en la impresión molecular es una fibra óptica en la cual un aminoácido

fluorescente derivado (dansyl-l-phenylalanine) liado a las partículas de polímero,

resultan en fluorescencia señales que varían en función de los derivados. La

selectividad se mostró usando el correspondiente D-enantiomero como control.

Los rápidos desarrollos en electrónica han conducido a microprocesadores que son

capaces de usarse en sensores químicos. Tales microprocesadores ofrecen capacidad

de procesar señales, y integrar el control con el transductor de manera que se podría

minimizar el ruido y resultar una buena actuación como sensor.

Un problema cuando hacían medidas con sensores biomemorizados basados en

MIP era el largo tiempo de respuesta ( 15-60 min.). Esta tardanza podría ser

minimizada por la optimación de la cinética y la selectividad de los polímeros. Es

posible que el uso de grandes polímeros rígidos favorezca la selectividad ( porque el

gran barrido de energía de dentro a fuera cambian el analito) y aumenten el tiempo de

respuesta. Similarmente, la porosidad de los polímeros aumenta la capacidad de unión

de polímeros y el tiempo de respuesta. Usando partículas más pequeñas de polímero

o finas láminas de polímero

Podrían aumentar los valores de difusión y la aparente unión cinética dando

mayores tiempos de respuesta. Alternativamente, la unión inicial podría ser usada para

determinados analitos.

Los biosensores basados en enzimas, en algunos casos, son mostrados para

ser superiores en selectividad para la afinidad de los biosensores. Esta tendencia se

explica por la conversión del analito, la cual ocurre después del paso de unión inicial

en conjunción con el movimiento de la amplificación y hace posible obtener gran

sensibilidad en transductores amperométricos que también son menos sensibles a las

interferencias no específicas de las uniones. Los sensores biomemorizados contienen

polímeros activos catalíticamente debiendo exhibir carazterísticas de sensor, a pesar

de todo sólo una actividad catalítica modesta puede ser mostrada. La impresión

molecular de sustancias que parece reacciones de transición de estados ha conducido

a exhibir polímeros con alguna actividad estereolítica; otros ejemplos de reacciones

catalíticas incluyen la b -eliminación de HF de 4-fluoro-4-(p-nitrofenil)-2-butanona.

Los polímeros conductores han sido usados como una selectividad rudimentaria en la

partición de fases sobre electrodos y han sido mostrados como retención de memoria

aniónica que se usa para el doping. Este efecto ha sido usado amperiométricamente y

24

potenciométricamente y pueden ser correlacionados con los radios iónicos y la carga

de los aniones testados. Los materiales exhibidos predeterminadamente para el

reconocimiento molecular selectivo en combinación con la conductividad eléctrica se

pueden usar en sensores electroquímicos y proveer las bases para una nueva línea de

desarrollo de sensores introduciendo una nueva fusión de materiales constituidos e

integrados para el reconocimiento de elementos y transductores.

Ha sido presentada la preparación y caracterización de una composición de

partículas conteniendo un polímero conductor eléctrico y un MIP para morfina. Las

propiedades de reconocimiento molecular específico de morfina no fue alterado

significativamente por el proceso de manufacturación, el cual envuelve un rudo

tratamiento. Tales partículas fueron inmovilizadas por una simultanea

electropolimerización de pyrrole sobre sustratos de sílice recubiertos con oro y los

sustratos estudiados por una fuerza atómica microscópica. Estas demostraciones de la

composición de partículas pueden ser eléctricamente conectadas al electrodo,

obteniendo la integración entre el transductor y los lugares de reconocimiento sin el

polímero.

Esta nueva generación de MIP sensores biomemorizados es entre 100 y 1000

veces menos sensible que otros tipos de biosensores. A pesar de todo esto los MIPs

tienen cada vez aplicaciones más útiles y probablemente encuentren su lugar en el

futuro.

Determinación Enzimática En Inyección En Flujo De Urea En Suero Sanguíneo

Usando Un Sensor Potenciométrico De Gas Con Un Ise De Nonactina La urea

es el producto final del metabolismo de las proteínas y aminoácidos humanos y por

tanto la medida de su nivel en sangre es un indicador importante del funcionamiento

renal.

Niveles elevados aparecen por falta de excreción debida a fallos renales o de

aumento de la producción de urea por una mayor ingesta de proteínas en la dieta o un

incremento en la degradación de proteínas corporales.

Niveles bajos se pueden encontrar en caso de hígados enfermos.

La urea se puede cuantificar comúnmente con una conversión enzimática de urea a

amoniaco en presencia de ureasa y una posterior medida del amoniaco formado.

El electrodo de membrana sensible a amoniaco basado en el transportador

neutro nonactina se usó para el diseño del biosensor de urea y fue aplicado a la

determinación de urea en inyección de flujo.

25

El inconveniente más importante de la determinación de urea en suero

sanguíneo era la poca selectividad frente a los iones metálicos básicos. Para la

eliminación se usó un sistema de tres electrodos, que permitió diluir hasta obtener un

nivel de interferencia constante.

En las medidas en flujo la desventaja se resolvió de distintas maneras. Una de

ellas se basa en cubrir el sensor de amoniaco basado en nonactina con una

membrana exterior hidrófoba permeable al gas.

Así aparece un límite de detección mejorado en este sensor respecto a un electrodo

de vidrio de pH interno.

El concepto de sensor de amoniaco para ensayos biológicos se llegó a emplear

hasta para el diseño de un biosensor de urea desechable con ureasa inmovilizada en

una membrana polímera externa para la determinación de urea en suero sin estar en

flujo.

Resumiendo el procedimiento empleado podemos decir que:

El suero sanguíneo se inyecta diluido en el flujo portador de H2O y solución tampón,

llega al reactor donde la ureasa produce la reacción enzimática. Ahora se le añade

una corriente de NaOH ( para que el amoniaco no se transforme en ión amonio).

Al llegar al detector el NH3 atraviesa la membrana exterior permeable a gases.

Una vez en el interior el NH3 atraviesa la membrana del ISE de triacetato de celulosa

(CTA) con nonactina, pudiendo medir ahora el NH3 formado por una simple variación

de pH.

26

7.NANOSENSORES BIOLOGICOS

Sensores biológicos de nanotubos de carbón podrían permitir que en el futuro

los diabéticos midan el nivel de glucosa en su sangre sin tener que recurrir a una

muestra de sangre.

Los nuevos nanosensores son nanotubos de carbón de capa única y este último

avance en nanotecnología pretende aprovechar la capacidad de fluorescencia de

nanotubos al ser iluminados por ciertas ondas de luz infrarroja. Dirige la investigación

profesor Michael Strano, investigador de la Universidad de Illinois.

Para crear estos sensores biológicos, Strano construyó una capa de enzima

glucosa oxidase sobre la superficie de unos nanotubos sospendidos en agua. La

enzima no solo impide que los nanotubos se peguen, formando conjuntos inútiles, sino

también actua como un sitio selectivo donde glucosa se enlaza y genera peróxido de

hidrógeno.

Luego los científicos funcionalizaron la superficie con ferricianida, un ion sensible

al peróxido de hidrógeno. El ión se pega a la superficie a través de la capa porosa. El

peróxido de hidrógeno se formará con el ión, lo que transforma la densidad electrónica

del nanotubo y, en consecuencia, sus propiedades ópticas también.

En palabras del profesor Strano, "Cuando la glucosa se encuentra con la

enzima, se produce peróxido de hidrógeno lo que rápidamente produce una reacción

27

con la ferricianida para modular la estructura electrónica y las características ópticas

del nanotubo. Cuánto más glucosa, más brilla el nanotubo".

Los investigadores introdujeron los nanotubos en un tubo capilar que se puede

implantar dentro de un cuerpo humano. De esta forma el tubo capilar impide que los

nanotubos toquen directamente las células vivas, pero permite que entre glucosa

dentro. Luego implantaron este nanosensor biológico dentro de una muestra de tejido

humano. Iluminaron la muestra con un láser de luz infrarroja y verificaron la fuerza de

la fluorescencia del sensor relacionada con las concentraciones de glucosa en el

tejido.

8.SENSORES Y TRANSDUCTORES

SENSORES Y TRANSDUCTORES CAPACITIVOS

Principio físico

Detectan la variación de la capacidad entre dos o más conductores (entre los que se

encuentra un dieléctrico) en respuesta a la variación de alguna magnitud física.

Características

Linealidad: Si se varía el área de las placas o el material dieléctrico, se tiene que

la capacidad varia linealmente con el desplazamiento de la placa. Por otra parte, la

capacidad no es lineal con respecto a la distancia entre placas. Si el transductor tiene

una configuración diferencial, la capacidad varia linealmente en cualquiera de los tres

casos.

Precisión: Entre +-0.2% y +-0.5%

Housing: Ø 8 mm to Ø 64 mm

Voltaje de operación: 10 VDC to 250 VAC

Distancia de operación: 0 mm to 50 mm

Temperatura: - 70°C to + 250°C

APLICACIONES

Movimiento linear y angular

Presión, nivel de líquidos, humedad

Aceleración, vibración

Aplicación biomédica: se utiliza para medir la presión sanguínea y la frecuencia

cardiaca.

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TAMAÑO

En el mercado se encuentran de diferentes tamaños dependiendo de la

aplicación, hay desde 0.5 mm de diámetro por 5 mm de longitud (cilíndrico), hasta los

cúbicos de 70 x 75 x 110 mm

SALIDA ELÉCTRICA

0 – 10 KHz

4 – 20 Ma

0 – 10 V

PROVEEDORES

RECHNER – SENSOR :Es un distribuidor mundial. En Colombia se encuentran

en Bogotá y su distribuidor es Alfatecnica S. A.

Av. El Dorado No. 98 - 51 Of. 306

DIRECT INDUSTRY: distribuidor mundial.

PI es un distribuidor que se especializa en los sensores capacitivos de posición

Controlados por nanometrología.

FUNCIONAMIENTO

El sensor incluye básicamente un receptor y un transmisor, cada uno consiste de

trazos metálicos formados en una tarjeta de circuito impresa (PCB). Entre el receptor y

el transmisor se forma un campo eléctrico que se concentra, principalmente, entre las

dos capas del sensor PCB. La fuerza del campo es medido por un conversor

capacitancia digital.

El ambiente eléctrico cambia cuando la mano humana invade el campo, con una

porción del campo desvíada hacia tierra en lugar de terminar en el receptor. La

disminución en la capacitancia resultante, del orden de los femtofaradios, es detectado

por el conversor.

29

SENSOR Y AMBIENTE

Cuando el sensor se encuentra inactivo, el valor de la capacitancia medida se

guarda como el valor de ambiente. Al tocar el usuario, el valor de capacitancia

aumenta o disminuye; el nivel del umbral de capacitancia se guarda en los registros

del sensor y solo cuando los valores de la capacitancia excedan el umbral por encima

o por debajo se considerará al sensor como activo.

Ventajas

Los censores capacitivos son más confiables que los sensores mecánicos, por

varias razones. No hay partes movibles, por lo que no hay desgaste o roturas en el

sensor, el cual está cubierto. El ser humano nunca está en contacto directo con el

sensor por lo que se puede aislar de basuras o salpicaduras. Esto lo hace ideal para

equipos que requieran ser limpiados regularmente, ya que el sensor no será dañado

por los agentes de limpieza abrasivos; o equipos de mano donde las posibles

salpicaduras accidentales sean insignificantes.

Tipos de sensor

SENSORES DE PRESIÓN

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Principio físico

Al aplicar presión al diafragma se produce un cambio de resistencia en la galga

extensiométrica, que causa vez un cambio en el voltaje de salida en proporción directa

a la presión aplicada. No obstante, los parámetros de salida de la galga

extensiométrica dependen de la temperatura. Al utilizar un único elemento

piezoresistivo, elimina la necesidad de emparejar exactamente las cuatro resistencias

de un puente de wheastone que son sensibles a la temperatura y esfuerzos

mecánicos.

Características

Condiciones de Trabajo

Referencias

Existen una gama amplia que abarca diferentes rangos de presión. En esta guía

hay un enfoque hacia los que tienen un rango de 0 - 15 psi, 0 - 100 mBars. Las

referencias entonces son: MPX10, MPX2010 , MPX11, MPX2011,MPX12. La

explicada en este documento es MPX2010, pero el resto son semejantes.

Especificaciones

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Excelente reproducibilidad, alta sensibilidad a largo plazo. Entrega una salida

análoga. Se utiliza el aire seco como medio de presión, los otros medios que no sean

aire seco pueden tener efectos adversos en las características y estabilidad a largo

plazo. Entre los materiales más utilizados para la fabricación de este dispositivo se

encuentra el silicio. La linealidad se refiere a como la salida del transductor sigue la

ecuación:

Vout = Voff + Sensitivity x P

Aplicaciones

Control de sistemas hidráulicos o neumáticos a través de un sistema de

adquisición de datos con microcontrolador.(Ver figura 2) Sensores de presión

manométrica, caso especial de presión diferencial, donde la presión atmosférica es

utilizada como referencia. BIOMEDICAS: Control presión arterial después de hacerle

adaptaciones. Para diagnósticos respiratorios. En medidores endotraqueales.

Montaje típico

32

Debe tenerse en cuenta que una de las grandes ventajas del transductor es que su

salida puede llevarse directamente a un microcontrolador sin ser procesada.

Dimensiones

Proveedores

MEDELLIN LUGAR PRECIO

ELECTRONICAS CANARE 80,000/1 68,000/10

ESTADOS UNIDOS

IC2IC

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http://www.ic2ic.com/guest_order.jsp?sNum=1213797&pName=M

Sensores FSR (Force Sensitive Resistor)

Principio físico

El sensor de presión no es una galga extensiomentrica, ni una celda de carga ni

un transductor de presión, Son sensores que miden fuerza (presión). Tiene una

resistencia variable en función de la presión aplicada y se rige por el principio

piezoresistivo. Estos dispositivos se fabrican con un material elástico en cuatro capas,

consistiendo en:

Una capa de plástico eléctricamente aislador

Un área activa que consiste en una serie de conductores

Un espaciador plástico

Un substrato flexible

Características de la señal

La gama usable de la señal de salida de un FSR es casi lineal. Si se aplica

bastante fuerza, su respuesta se convierte en no lineal debido a la saturación del

sensor. Tiene una baja exactitud, con errores de hasta un 25% de salida. Sin embargo,

es excelente para aplicaciones donde se necesita una medición cualitativa.

34

La conductancia equivale a 1/R

La exactitud de la fuerza se extiende de aproximadamente del ± 5% al ± 25%

dependiendo de la consistencia de la medida y la actuación del sistema, de la

tolerancia de la capacidad de repetición llevada a cabo en la fabricación, y de

la calibración.

La resolución de la fuerza de los dispositivos de FSR es mejor que el ± 0.5%

de la fuerza completa del uso.

Condiciones de Trabajo

Rango de temperatura: entre -30ºC hasta 70ºC

Sensibilidad a ruido/vibración: no es afectado significativamente

Trabaja mejor en superficies planas, firmes y lisas

Al montar estos sensores a una superficie curva (en el cuerpo o ropa), reduce

la gama de la medida.

La flexión de la cola también afecta el funcionamiento.

Especificaciones Técnicas y Electricas

Rango de sensibilidad de fuerza: entre 100 g hasta 10 Kg.

Rango de sensibilidad de presión: entre 1.5 psi hasta 150 psi

Resistencia de aislamiento: mayor a 1M

Instrumentación

La figura a continuación representa cómo se puede usar el FSR en el puente de

Wheatstone para crear una salida de voltaje (Vg)

35

Puente de Wheatstone usado para cálculo de voltaje

Las ecuaciones 1 y 2 dan el voltaje a través del FSR (representado por Rg)

Combinando las dos ecuaciones anteriores, se puede resolver una ecuación para la

corriente que viaja a través del FSR

Cada tamaño de FSR tiene un máximo de corriente que no puede ser excedido, éstos

se presentan a continuación, junto con sus respectivas resistencias

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Proveedores y Precios

Interlink Electronics

1.0 US $

Aplicaciones

Camas para Hospitales

Plantillas para pie de

Diabético

Máquinas de oncología

Manos de robots

Bombas de infusión

Controles de videojuegos

SENSORES INDUCTIVOS

Principio físico de funcionamiento

Se basa en la variación de la inductancia (magnitud del flujo magnético que

concatena debido a una corriente eléctrica) mutua entre un primario y cada uno de dos

secundarios al desplazarse a lo largo de su interior un núcleo de material

ferromagnético, arrastrado por un vástago no ferromagnético, unido a la pieza cuyo

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movimiento se desea medir. En la posición central, las tensiones inducidas en cada

secundario son iguales y, al apartar el núcleo de dicha posición, una de las dos

tensiones crece y la otra se reduce en la misma magnitud.

Especificaciones técnicas

Generalmente, se alimentan con tensión alterna; sin embargo, hay modelos que

aceptan una alimentación de tensión continua (DCLVDT). Las tensiones de excitación

aceptadas van de 1 a 24 Vrms, con frecuencias de 50 Hz a 20kHz. Sus dimensiones

físicas (ancho, largo y espesor) son del orden de milímetros (10-70 mm. Aprox.), y

dependen de la marca del sensor.

Materiales mas comunes empleados en su fabricación

El núcleo es una aleación de hierro y níquel, y está laminado longitudinalmente

para reducir las corrientes de Foucault. Por otro lado, los tres devanados se recubren

con una sustancia impermeable, para poder funcionar con una humedad ambiental

elevada.

Características estáticas

Linealidad ±0,25%FE

Frecuencia Óptima 2000Hz

Sensibilidad 0,1V/cm - 40mV/µm

Resolución máxima 0,1µm

Alcances de medida ±100µm a ±25cm

Repetibilidad

Alta (del cero sobre todo) por su

simetría.

Exactitud Muy buena

Robustez Alta

Temperatura de trabajo

Inferior a la de Curie (de acuerdo con material), para no perder el magnetismo.

Existe una variación en la tensión de salida según la temperatura, de acuerdo con la

siguiente ecuación:

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donde T es la temperatura expresada en °C, α es una constante que depende de la

frecuencia, y β es otra constante que varía de acuerdo con la referencia del

dispositivo. Los valores de estas constantes para un modelo 210A-0050 son: α=-

0,5*10-4 y β=-2*10-7. El rango normal de trabajo va de -30°C a 120°C.

Resistencia a la humedad: Alta

Resistencia a la presión

Buena, gracias al aislamiento entre el sensor (vástago) y el circuito eléctrico.

Otras características

Imponen poca carga mecánica; son de contacto libre, es decir sin fricción, y

resisten ambientes hostiles

Aplicaciones comunes

Medidas de desplazamiento y posición. Muy frecuente como detector de cero en

servosistemas de Posición en aviones y submarinos. Puede aplicarse a medidas de

aceleración e inclinómetros mediante un sistema inercia para realizar análisis de

marcha y desarrollar medidores de velocidad (como el Speedmed). También, sirve

como medidor de presión, y puede emplearse, en los instrumentos basados en

flotadores, los rotámetros, los detectores de nivel, y para medir los desplazamientos

que se generan en las celdas de carga.

Instrumentación

• Para evitar interferencias se recomienda utilizar un filtro paso bajo en la salida.

• Los devanados se deben recubrir con una sustancia impermeable para que

puedan funcionar con una humedad ambiental elevada.

• Requiere un oscilador extremadamente estable.

• Fabricantes de LVDT

• Lucas Schaevitz, Solartron (Schlumberger Transducer). Transcoil, Sensotec,

Tesa, RDP, Kavlico, Omega.

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9.Bibliografía

• http://es.wikipedia.org/wiki/TermistorClase 15 - CBI 203: Biología – Biopotenciales

• Curso de Bioinstrumentación EIA-CES, 2007 - Sensores y transductores Versión 1,

2007

• es.wikipedia.org/wiki/Bomba_sodio-potasio

• http://www.muyinteresante.es/tag/biosensoreswww.biomedica.udec.cl/semi2005ma

in.htm

• www.fisiologia.net

• www.mitecnologico.com/ibq/Main/MecanismosDelTransporteActivoBombaDeSodi

oYPotasioYCotransporte

• www.uam.es/departamentos/medicina/fisiologia/especifica/efd.htm

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