Sistema para la compensación de temperatura en biosensores piezoeléctricos (estudio de simulación)

106 páginasLos biosensores piezoeléctricos, son usados cada vez más en aplicaciones biomédicas o aplicaciones agroalimentarias. La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) actúa como transductor de estos biosensores; en la actualidad está técnica ha tomado gran auge debido al desarrollo de QCM de alta sensibilidad. En los últimos tiempos se han caracterizado de diversas formas los biosensores piezoeléctricos buscando aumentar la sensibilidad del mismo y el límite de detección; pero estos nuevos modelos no han tenido en cuenta la necesidad de compensar el ruido generado por los cambios de temperatura ambiente y el efecto de este sobre los resultados del biosensor. Por lo tanto, deben recurrir a sistemas de termostatización, los cuales tienen un elevado costo, gran volumen y peso. Con la realización de este trabajo de grado se propone una técnica con la cual se compensan los efectos de la temperatura, por medio de un circuito electrónico; el funcionamiento del circuito propuesto ha sido comprobado mediante simulación numérica. Con este nuevo modelo planteado se prescinde del uso de sistemas de termostatización. Por lo tanto, se genera disminución de costos y aumento de la portabilidad de los sistemas de sensores piezoeléctricos.PregradoIngeniero(a) Biomédico(a

Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) se usa como técnica alternativa de análisis químico, donde las aplicaciones dependen directamente de la sensibilidad del cristal. Por tanto, es el parámetro más importante que determina el uso de los cristales de cuarzo frente a otras técnicas. La ecuación de Sauerbrey, teóricamente relaciona la variación de la densidad de masa en la superficie del cristal con el cambio de la frecuencia y al mismo tiempo predice que la sensibilidad aumenta en la misma proporción que el cuadrado de la frecuencia fundamental de resonancia serie del cristal. Aumentar la frecuencia fundamental de trabajo para aumentar la sensibilidad, es una necesidad; el objetivo principal de esta tesis doctoral es estudiar los sistemas de caracterización de resonadores de cuarzo, que se usan en la actualidad y proponer un sistema o una mejora a los ya existentes que permitan el uso de cristales de cuarzo de alta frecuencia de fundamental (HFF-QCM). De los sistemas que en la actualidad caracterizan a la microbalanza de cuarzo, se destacan los analizadores de impedancia y los osciladores, como métodos de caracterización de HFF-QCM. Los analizadores, por su gran tamaño y coste, quedan relegados a su uso como instrumento de referencia en el laboratorio. Los osciladores en cambio, por su bajo coste, su capacidad de integración, su sencillez del circuito y la monitorización continua de frecuencia de oscilación, lo hacen adecuados como interfaz para sistemas sensores basados en QCM. En esta tesis, se propone un sistema oscilador, basado en un oscilador diferencial equilibrado, como sistema de caracterización de cristales a 10 MHz, estudiándose el comportamiento del circuito, la capacidad de este sistema para compensar la capacitancia paralela del cristal, las aplicación de este tipo de interfaz para la caracterización de líquidos y finalmente se desarrollo una aplicación como inmunosensores piezoeléctricos para la detección del pesticida Carbaryl.Montagut Ferizzola, YJ. (2011). Sistema Oscilador Mejorado para Aplicaciones de Microbalanza (QCM) en Medios Líquidos y Propuesta de un Nuevo Método de Caracterización para Biosensores Piezoeléctricos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9688Palanci

Oscillator for Biosensors based on Quartz Crystal Microbalance (QCM)

[EN] Quartz crystal is generally used in some applications as a microbalance taking advantage of its capacity to change the resonance frequency according to any surface mass change on the resonator.In this way a quartz crystal can be used as a transducer in a piezoelectric inmunosensor system in order to detect antigen-antibody bonds. An interface for Quartz Crystal Microbalances, QCM, based on an improved version of an oscillator in balanced differential configuration and its respective validation as a biosensor characterization system is introduced in this paper. The system was successfully tested in a piezoelectric inmunosensor for detecting the pesticide Carbaryl.[ES] El cristal de cuarzo generalmente es usado en aplicaciones como microbalanza, aprovechando la capacidad que presenta éste para variar su frecuencia de resonancia de acuerdo a los cambios de la densidad superficial de masa depositada en la superficie del resonador. De esta manera, un cristal de cuarzo puede ser utilizado como transductor en un sistema de inmunosensor piezoeléctrico, para detectar uniones antígeno – anticuerpo. En este artículo se presenta una interfaz para microbalanzasde cristal de cuarzo, QCM (del inglés Quartz Crystal Microbalance) basado en una versión mejorada de oscilador en configuración diferencial equilibrado y su validación como sistema de caracterización para biosensores. El sistema fue probado con éxito en un inmunosensor piezoeléctrico para la detección del plaguicida Carbaryl.Montagut Ferizzola, YJ.; García Narbón, JV.; Jiménez Jiménez, Y.; March Iborra, MDC.; Montoya Baides, Á.; Torres Villa, RA.; Arnau Vives, A. (2011). Oscilador para biosensores basado en microbalanza de cristal de cuarzo (QCM). Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 61:160-168. http://hdl.handle.net/10251/55018S1601686

Envasado inteligente. Tecnología de los alimentos

La tecnología RFID tiene muchas funciones, entre ellas está la función de trazabilidad, además de esto, las etiquetas inteligentes RFID permiten ser leídas de forma múltiple y sin necesidad de lectura directa por parte de un trabajador. El rango de lectura de estas etiquetas varía dependiendo de si son activas, pasivas o semi-pasivas. Esta tecnología permite controlar el producto al que está adherido desde su empaquetado hasta el consumidor. Por lo tanto, otorga ventajas logísticas, económicas y de tiempo a toda la cadena de suministro que la maneja. También es sabido que el control de condiciones como el tiempo y la temperatura del alimento además del estado del envasado y del propio alimento, son una ventaja tanto para el productor como para el consumidor del alimento. Actualmente uno de los problemas que disuade a los productores de adoptar esta tecnología es la falta de privacidad del sistema RFID y por otro lado surge el inconveniente del alto precio que aún tienen las etiquetas para llegar a resultar más atractivo tanto para productores como para clientes. De otra parte encontramos cierta gama de indicadores de tintas reactivas a ciertos compuestos procedentes del alimento que también van a jugar un papel importante en el mapa de los envasados inteligentes

Estudio del tiempo de estado transitorio en cristales fonónicos para posibles aplicaciones biomédicas

88 páginasLas pruebas cerca al paciente, PoCT por sus siglas en inglés, son uno de los temas de mayor interés técnico y científico en el área de la salud en los últimos años. Dentro de los beneficios que estas pruebas traen, está la obtención de información relevante para determinar un diagnóstico o tratamiento de manera rápida, económica y en cualquier lugar. Unos de los sensores más interesantes y prometedores para el desarrollo de nuevas pruebas cerca al paciente son los sensores resonantes, ya que permiten obtener información partiendo de un principio físico fundamentalmente diferente a los tradicionales y además su escalabilidad y portabilidad es muy factible. Los sensores con base en cristales fonónicos hacen parte de esta nueva línea de sensores acústicos y resonantes. Los sensores fonónicos se muestran como una tecnología muy prometedora y los grupos de investigación alrededor del mundo continúan desarrollando estudios en los cuales se busca mejorar la toma de la señal acústica, aunque solo teniendo en cuenta la información de ganancia de la señal. Si bien esta característica de transmisión tiene buena información para determinar las propiedades del analito, ambientes ruidosos pueden dificultar su adquisición y disminuir la precisión de las mediciones. En este informe de proyecto se presenta un estudio sobre el uso de una característica alternativa a la ganancia de la señal, el tiempo de estado transitorio de la señal acústica al ser transmitida a través de la estructura del sensor fonónico. La metodología utilizada para dar cumplimiento a los objetivos del proyecto incluye la creación de una herramienta de simulación de cristales fonónicos, el diseño y construcción de una estructura periódica que cuenta con una reducción en la simetría para facilitar las mediciones, el diseño y construcción de un sistema de adquisición y visualización que permita observar el comportamiento de una onda a través de un PnC; y finalmente, las pruebas experimentales con el dispositivo funcional. Adicional a estas etapas se incluyó el estudio de la influencia de la temperatura en este tipo de estructuras ya que al llevar los sensores a pruebas cerca al paciente se hace importante tener en cuenta el efecto de las variables ambientales en la medición. Entre los resultados se encuentra un aplicativo Web, una serie de simulaciones con temperatura y varias pruebas con soluciones de diferentes características que permiten evaluar el desempeño del sensor desarrollado. Dentro del proyecto se incluyeron una serie de estudios que permitirán la disminución de errores en las medidas tomadas con cristales fonónicos. Los estudios incluyen simulaciones del comportamiento del sistema cuando hay cambios pequeños en las dimensiones del cristal fonónico por errores de manufactura y simulaciones tomando en cuenta el espesor de las capas que se usan como medio de acople entre los transductores y la estructura para observar su impacto en el funcionamiento del sistema.PregradoIngeniero(a) Biomédico(a

Desarrollo de biosensores para la detección de cianobacterias en muestras líquidas de sistemas acuapónicos

The main objective of this study is to develop a biosensor using IDEA impedimetric transducers for the detection of cyanobacteria in liquid samples. First of all, the project was focused on the methodology optimization to perform cyanobacteria detection tests, using Synechocystis sp. PCC 6803 as a model strain. Secondly, it was compared the response in terms of sensitivity of different types of IDEA transducer. Finally, the biofunctionalization of the sensor surface was studied using the layer-by-layer method to deposit different layers of polyelectrolytes and the lectin concanavalin A as the bioreceptor obtaining a limit of detection of 100 cells/mL in just 60 minutes.Desarrollar un biosensor, mediante el uso de transductores impedimétricos del tipo IDEA para la detección de cianobacterias en muestras líquidas. En primer lugar, el proyecto se centró en la optimización de una metodología para realizar los ensayos de detección de cianobacterias, usando Synechocystis sp. PCC 6803 como cepa modelo. En segundo lugar, se estudió el uso de diferentes tipos de transductores IDEA para determinar cuál era más sensible. Y, por último, se ha estudiado la biofuncionalización de la superficie de los sensores mediante el método layer-by-layer para depositar diferentes capas de polielectrolitos y la lectina concanavalina A, como elemento de reconocimiento, obteniendo un límite de detección de 100 células/mL en solo 60 minutos de ensayo

Desarrollo de un biosensor fotónico de alta sensibilidad basado en interferómetros Mach-Zehnder integrados en tecnología microelectrónica de silicio

Tesis Doctoral inédita de la Universidad Autónoma de Madrid. Facultad de Ciencias, Departamento de Física de Materiales. Fecha de lectura: 09-05-200

Aplicación de internet de las cosas (IoT) para entornos de invernadero optimizados

Esta revisión presenta la investigación más avanzada sobre sistemas IoT para entornos de invernadero optimizados. Los datos fueron analizados usando métodos descriptivos y estadísticos para inferir relaciones entre Internet de las cosas (IoT), tecnologías emergentes, agricultura de precisión, agricultura 4.0 y mejoras en la agricultura comercial. La discusión se sitúa en el contexto más amplio de IoT en la mitigación de los efectos adversos del cambio climático y el calentamiento global en la agricultura a través de la optimización de parámetros críticos como la temperatura y la humedad, la adquisición inteligente de datos, el control basado en reglas y la resolución de las barreras para la adopción comercial de sistemas IoT en la agricultura. Los recientes eventos meteorológicos severos e inesperados han contribuido a los bajos rendimientos y pérdidas agrícolas; este es un desafío que se puede resolver a través de la agricultura de precisión mediada por tecnología. Los avances tecnológicos han contribuido con el tiempo al desarrollo de sensores para la prevención de heladas, el control remoto de cultivos, la prevención de riesgos de incendio, el control preciso de nutrientes en cultivos de invernadero sin suelo, la autonomía energética mediante el uso de energía solar y la alimentación, el sombreado y la iluminación inteligentes. control para mejorar los rendimientos y reducir los costos operativos. Sin embargo, abundan los desafíos particulares, incluida la adopción limitada de tecnologías inteligentes en la agricultura comercial, el precio y la precisión de los sensores. Las barreras y los desafíos deberían ayudar a guiar futuros proyectos de investigación y desarrollo y aplicaciones comerciales

Implementación de un nuevo método de caracterización de biosensores basados en balanza de cristal de cuarzo (QCM) mediante instrumentos virtuales multipropósito

[Resumen] El presente trabajo de investigación muestra un nuevo enfoque para la caracterización de dispositivos QCM (Quartz Crystal Microbalance – Microbalanzas de cristal de cuarzo). El método se basa en los principios fundamentales de componentes pasivos y el propio comportamiento del componente QCM. Con la propuesta, se obtienen los parámetros del circuito equivalente QCM basado en el modelo BVD (Butterworth-Van Dyke). Los resultados obtenidos con esta nueva técnica son validados con equipos comerciales específicos empleados habitualmente para este fin; los resultados alcanzados son muy satisfactorios. Las ventajas más importantes que ofrece el método propuesto son su intuitividad y la posibilidad de obtener el modelo del QCM con equipamiento electrónico básico, por lo general, presente en cualquier laboratorio de electrónica. Esto es posible, en gran medida, gracias a la implementación de la propuesta mediante instrumentos virtuales.[Resumo] O presente traballo de investigación mostra un novo enfoque para a caracterización de dispositivos QCM (Quartz Crystal Microbalance - Microbalanzas de cristal de cuarzo). O método baséase nos principios fundamentais de compoñentes pasivos e o propio comportamento do compoñente QCM. Coa proposta, obtéñense os parámetros do circuíto equivalente QCM baseado no modelo BVD (Butterworth-Van Dyke). Os resultados obtidos con esta nova técnica son validados con equipos comerciais específicos empregados habitualmente para este fin; os resultados alcanzados son moi satisfactorios. As vantaxes máis importantes que ofrece o método proposto son a sua intuitividade e a posibilidade de obter o modelo do QCM con equipamiento electrónico básico, polo xeral, presente en calquera laboratorio de electrónica. Isto e posible, en grande medida, gracias á implementación da proposta mediante instrumentos virtuais.[Abstract] The present research work shows a novel approach for the QCM (Quartz Crystal Microbalance) characterization. The method is based on fundamental principles of passive components and the own behavior of the QCM component. With the proposal, the QCM equivalent circuit parameters based on BVD (Butterworth-Van Dyke) model is obtained. The results achieved with this new technique are compared with specific commercial equipment usually employed for this purpose with very satisfactory results. The best advantages of the proposed method are its intuitivity and the possibility to obtain it with basic electronic equipment, usually, present in any electronic laboratory. This fact is possible, due to, its implementation through virtual instruments

Diseño y desarrollo de un dispositivo electrónico portátil no invasivo para prevenir los casos de muerte súbita en neonatos y lactantes

El presente prototipo consiste en el diseño y desarrollo de un dispositivo electrónico portátil no invasivo para prevenir los casos de muerte súbita en neonatos y lactantes, tomando en cuenta aquellos factores que pueden ocasionar la muerte súbita del lactante, tales como el apnea de sueño, posición al dormir del lactante, sobrecalentamiento, entre otros. Como componentes para el sistema, se emplearon un sensor de fuerza resistiva, electrodos superficiales, un termistor para la temperatura, un acelerómetro digital, un sensor ambiental y micromotores. A partir de los componentes utilizados se obtienen la frecuencia respiratoria, la frecuencia cardiaca, el posicionamiento del lactante, la temperatura del lactante, la humedad relativa y temperatura ambientales, junto a una etapa de realimentación que permitirá despertar al lactante cuando capte una disminución de la frecuencia respiratoria (menor a 20 respiraciones por minuto), a través de los micromotores. Posteriormente, los sensores son incorporados a una chaqueta para lactantes, donde las señales obtenidas son procesadas a través de un microcontrolador y enviadas mediante el módulo Bluetooth (BT) correspondiente a una PC, en el cual, se observarán las señales y valores numéricos por medio de una interfaz gráfica de usuario (GUI) desarrollada mediante el uso de software orientado a objetos y técnicas de programación. El prototipo fue probado en tres lactantes, con edades de 3 meses, 12 meses y 18 meses de edad. En ese sentido, se utilizó la chaqueta en cada lactante para captar las mediciones de los sensores utilizados durante el estado de sueño profundo en cada uno de ellos, donde el prototipo tuvo la capacidad de detectar los eventos adversos a la salud del paciente, accionando los micromotores a fin de que el propio lactante pueda adoptar una posición correcta al dormir y así mantenerlo a salvo.The present prototype consists of the design and development of a non-invasive portable electronic device to prevent cases of sudden death in neonates and infants, taking into account those factors that can cause sudden infant death, such as sleep apnea, position infant sleep, overheating, among others. As components for the system, a resistive force sensor, surface electrodes, an integrated temperature circuit, a digital accelerometer, an environmental sensor and micromotors were used. From the components used we obtain the respiratory rate, heart rate, infant positioning, infant temperature, and relative humidity and ambient temperature and the feedback stage that will allow the infant to wake up when it captures a decrease in respiratory rate (less than 20 breaths per minute), through the micromotors. Subsequently the sensors are incorporated into a jacket for infants, then the signals are processed through the microcontroller and sent via the Bluetooth module (BT) to a PC which, we will observe the signals and numerical values through a graphical user interface (GUI) developed by object-oriented software and programming techniques. The prototype was tested in three infants with the following ages 3 months, 12 months and 18 months of age. In this sense, the jacket was used in each infant to capture the measurements of the sensors used during the deep sleep state in each one of them, where the prototype had the ability to detect adverse events in the patient's health, activating the micromotors so that the infant can adopt a correct position when sleeping and thus keep the infant safe.Campus Lima Centr