2. Introducción
4. Conclusiones
5. Referencias
Abstracto
En el siguiente artículo se desarrolla una breve introducción sobre la bioingeniería, especialmente en lo que se refiere la instrumentación de laboratorio clínico, que se pretende implementar en dispositivos médicos para realizar diagnósticos partiendo de los fluidos o tejidos del cuerpo humano.
Los diagnósticos de laboratorio clínico requieren: exactitud, precisión, sensibilidad y especificidad, por lo existen varios equipos específicos para la medición de cada parámetro, estos varían desde una prueba simple de sangre hasta la más compleja, las cuales se las puede realizar automáticamente con solo ingresar al equipo y definir diferentes parámetros requeridos (Contadores Hematológicos), también existen dispositivos electrónicos portátiles con los cuales el paciente puede llevar un control desde su propia casa y llevar un historial diario de su salud (Glucómetro portátil).
Introducción
EN ingeniería existen muchas aplicaciones una de ellas es la bioingeniería que se refiere a la aplicación de la ingeniería en fines médicos. En la medicina existen muchos tópicos con los cuales se puede abarcar en la ingeniería tal como la implementación de quipos médicos para distintos fines en este caso nos centraremos en la instrumentación de laboratorio. Los análisis que se realizan en el laboratorio clínico se basan en los fluidos y tejidos corporales del organismo humano, por lo que para poder realizar mediciones se necesitan varios procesos químicos antes de que el equipo obtenga la medición y la presente como un resultado de diagnóstico, para ello existen varios métodos de separación para desechar fluidos obsoletos y solo manipular los fluidos de donde se pueda obtener una información eficaz.
Equipos de Laboratorio Clínico
Definición de bioingeniería: "La IEEE define ala bioingeniería como: la ciencia que estudia y busca la aplicación de principios y métodos de la ciencias exactas, en general, y de la ingeniería en particular, a la solución de problemas de las ciencias biológicas y medicas"[1].
El objetivo de un laboratorio clínico es realizar el análisis de fluidos y tejidos corporales del cuerpo humano (organismo), y reportar resultados para su diagnóstico y tratamiento en el caso de ser necesario. Los términos utilizados para poder describir las pruebas realizadas en el laboratorio son: exactitud, precisión, sensibilidad y especificidad [3] [4].
"Una prueba exacta brinda valores verdaderos [3]".
"La precisión es la capacidad de una prueba para brindar resultados similares en ensayos repetidos [3]".
"La sensibilidad es una medida de cuan pequeñas cantidades de la sustancia pueden ser medidas [3]".
"La especificidad es el grado en el que una prueba mide la sustancia de interés sin ser afectada por otras sustancias que puedan estar presentes en grandes cantidades [3]".
El procedimiento para realizar las pruebas de laboratorio es separar el material o sustancias de interés de otras que no sustancias. Esto se lo realiza mediante extracción, filtrado y centrifugación. Otro paso es cuando la sustancia es alterada químicamente mediante reactivos para convertirla en unas sustancias fáciles de medir [4].
1. Métodos de separación y espectrales
Dependiendo del origen de donde se obtiene la de señal se pueden clasificar de la siguiente manera:
Separación por centrifugado.
Cromatografía gaseosa y liquida.
Fundamentos de los métodos espectrales.
Separación por centrifugado.
Las centrifugas se usan para separar materiales según su densidad relativa [3], la centrifugación se refiere cuando la solución contiene partículas de distinto tamaño en medio acuoso [5].
Para realizar el proceso antes descrito es necesario una centrifuga que "es una máquina que pone en rotación una muestra para separar por fuerza centrífuga sus componentes o fases las que son generalmente una sólida y una liquida, en función de su densidad [5]."
Principio de funcionamiento.
Durante la centrifugación, las partes solidas son separadas de los líquidos por sedimentación, mediante el uso de la fuerza centrífuga, en estas sedimentaciones se van depositando las partículas sólidas que están en suspensión con el líquido. El cabezal produce esta fuerza centrífuga durante su rotación y provoca la separación de los elementos que permanecen en rotación en el líquido según su diferente peso específico [6].
Fig. 1 Efecto de sedimentacion en cabezal angular [7].
Para lograr la separación de encimas mediante centrifugado se necesita una fuerza centrífuga relativa de la velocidad de rotación y las distancia de la muestra desde el centro de rotación, las centrifugas operan a velocidades del orden de 100000 rpm con fuerzas de hasta 600000g estas máquinas necesitan bombas de vacío para extraer el aire que de lo contrario podría retardar la rotación y calentar el rotor.
Fig. 2 Esquema tecnico de los diferentes componetes que conforman una centrifuga [7].
Cromatografía gaseosa y liquida.
La separación cromatografía depende de las velocidades a las que diferentes sustancias que se mueven en una corriente (fase móvil) son retardadas por un material estacionario (fase estacionaria). La fase móvil puede ser una muestra volatilizada transportada por un gas inerte (helio). La fase estacionaria son diversas, la mayoría se mantiene dentro de un tubo largo y delgado llamado columna. Cuando una muestra es introducida en la columna cromatografía y es llevada a través por medio de la fase móvil. A medida que pasan a través de la columna. Las sustancias que tiene mayor afinidad por la fase estacionaria quedan detrás que aquellas con menor afinidad. Las sustancias separadas pueden ser detectadas como picos individuales por un detector apropiado colocado al final de la columna [3] [4].
Descripción Del Cromatógrafo De Gases
Un cromatógrafo de gases consiste en varios módulos básicos ensamblados para:
1. Proporcionar un gasto o flujo constante del gas transportador (fase móvil) [8].
2. Permitir la introducción de vapores de la muestra en la corriente de gas que fluye [8].
3. Contener la longitud apropiada de fase estacionaria [8].
4. Mantener la columna a la temperatura apropiada (o la secuencia del programa de temperatura) [8].
5. Detectar los componentes de la muestra conforme eluyen de la columna [8].
6. Proveer una señal legible proporcional en magnitud a la cantidad de cada componente [8].
Fig. 3 Esquema de un cromatografo de gases [9].
Detectores
Detectores según su Grado de Selectividad:
Universales. Responde a la mayoría de los solutos que pasan por él [10].
Específicos o Selectivos. Exhibe una gran respuesta a un grupo particular de substancias con un mínimo de respuesta a otras [10].
Fig. 4 Esquema de un cromatografo de gases [11].
Detectores según el proceso de detección: Ionización, Óptico-espectroscópico, Electroquímico.Tipos de Detectores (según el proceso de detección)
Conductividad Térmica (TCD)
Ionización de Llama (FID)
Captura Electrónica (ECD)
Ionización de Llama Alcalina (NPD)
Fotométrico de Llama (FPD)
Emisión Atómica (AED)
Espectrómetro de Masas
Termoiónico (TID)
Detector de Fotoionización
Quimioluminiscencia de Azufre (SCD)
Espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier
Conductividad Electrolítica (DELCD)
Combustión Catalítica (CCD)
Ionización del Helio (HID)
Fig. 5 Cromatografo de gases Thermo scientific [11].
Fundamentos de los métodos espectrales.
Los métodos espectrales se basan en la absorción o emisión de la radiación electromagnética, la radiación electromagnética es descrita generalmente en términos de frecuencia o longitud de onda la relación entre la frecuencia ( 
y la longitud de onda (
es:
*Donde c es la velocidad de la luz en el vacío.
Las longitudes de onda manejadas en un laboratorio clínico se encuentran entre las zonas del ultravioleta (180-390nm) y visible (390-780nm) del espectro óptico. [3][15].
Para la espectrofotometría Se debe tomar en cuanta unas principales leyes de la absorción:
Se denomina absorción al proceso por el cual una especie en un medio transparente, capta selectivamente ciertas frecuencias de la radiación electromagnética [16].
Ley de Lambert: cunado un haz atraviesa un medio absorbente de concentración constante la cantidad de energía luminosa absorbida por el medio varia en forma directamente proporcional a la distancia recorrida [16].
Ley de Beer: cuando un haz de luz atraviesa un medio absorbente de espesor constante, la cantidad de energía luminosa absorbida por el medio varía en forma directamente proporcional a la concentración de absorbente en el medio [16].
Trasmitancia y absorbancia: Cuando un rayo de luz de una determinada longitud de onda de intensidad incide perpenticularmente sobre una disolcucion de un compuesto química que absorbe luz, el compuesto absorberá una parte de la radiación incidente () y dejara pasar el resto () de forma que se cumpla:
Tipos de espectrofotometría:
La espectrofotometría de absorción de infrarrojos.
La espectrofotometría por resonancia magnética nuclear (RMN)
La espectrofotometría de fluorescencia.
La espectrofotometría de emisión atómica
La espectrofotometría de absorción atómica
La espectrofotometría de masas
La espectrofotometría de fluorescencia de rayos X
Para la medición se utiliza un espectrofotómetro que es un instrumento usado en la física óptica que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia en función de la longitud de onda [16].
Fig. 6 Funcionamiento de una espectrofotometro [15].
Una fuente estable de energía radiante
Un sistema de lentes, espejos y aberturas (Slits), que definan, colimen (hagan paralelo) y enfoquen el haz de radiación y un monocromador que separe la radiación de bandas estrechas de longitud de onda.
Un componente transparente a la radiación que contenga la muestra
Un detector de radiación o transductor que recibe la señal de radiación electromagnética y la convierte en una señal eléctrica de magnitud proporcional a la intensidad de la radiación recibida.
Un sistema amplificador que produzca o genere una señal eléctrica mucho mayor a la señal recibida
Un sistema de lectura tal como: Una escala de aguja, un registrador, un sistema de dígitos o una computadora, que transforme la señal eléctrica en una señal que el operador pueda interpretar.
Fig. 7 partes de los implemetos para realisar fotometria [16].
Fig. 8 Espectro fotometro genesys 10 Thermo scientific [11].
Conclusiones
Los equipos de laboratorio clínico son de suma importancia ya que mediante estos se puede realizar diagnósticos precisos y rápidos y manipular la información digitalmente.
Gracias a el avance de la ingeniería electrónica en conjunto con otras ramas afines al mejoramiento de la calidad humana, existen equipos más sofisticados los cuales resuelven más parámetros (pruebas) y en un menor tiempo, con mejores interfaces con el usuario, nuevos dispositivos portátiles con un margen de error muy bajo, que facilitan al usuario el cual puede realizarse sus controles sin tener que acudir al hospital.
Referencias.
[1] Ingrid Oliveveros Pantoja y Roque Hernandez Donaldo, "Bioingenieria, Solución a problemas de las ciencias biológicas y medicas apoyados en la Ingeniería," Ingeniería & Desarrollo. Universidad del Norte 105-11,1999.
[2] Amon Cohen Ben-Gurion University. CRC Press LLC. 2000.
[3] Sonnia M. López Silva, José Ramón Sendra Sendra, "Apuntes de Bioingeniería," Departamento de Ingeniería Electrónica y Automática. Universidad de las Palmas de Gran Canaria ,2001.ISBN: 84-699-5185-8
[4] José Mompín Poblet. "Introducción a la Bioingeniería". Barcelona, España.:Marcombo,1988. [Online]. Disponible: http://books.google.com.ec/books?id=aqcaSGADoo4C&pg=PT325&lpg=PT325&dq=instrumentaci%C3%B3n+medica+de+laboratorio&source=bl&ots=nbfzhinNVK&sig=r4w8G0E2jdFCcZhp_4AfZBL0Cf0&hl=es&sa=X&ei=B8QAUa3hMZKm8gTq_IHABw&ved=0CG4Q6AEwCQ
[5] "Centrifugas". Universidad Arturo Michelena. [Online]. Disponible en : http://www.slideshare.net/scss/centrifuga
[6] Centrifugación y centrifugadores. [Online]. Disponible en http://www.lenntech.es/centrifugacion.htm#ixzz2IsGAiBwy.
[7] Manual de centrifugas selecta. [Online]. Disponible en: http://www.grupo-electa.com/pdfs/es/cats/CENTR%C3%8DFUGAS.pdf
[8] Cromatografía de gases. [Online]. Disponible en: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8247/4/T3gascromat.pdf
[9] Cromatografía de gases. [Online]. Disponible en: http://www.mncn.csic.es/docs/repositorio//es_ES//investigacion/cromatografia/cromatografia_de_gases.pdf
[10] Cromatografía liquida y gaseosa . [Online]. Disponible en: http://www.slideshare.net/lokitobkn/cromatografia-9735728
[11] Catalogo digital thermo Scientific. [Online]. Disponible en http://www.thermoscientific.com/ecomm/servlet/productsdetail_11152_L10649_80571_11961875_-1
[12] Enderle J., Blanchard S., Bronzino J. Introduction to Biomedical Engineering. 2 edición. ElsevierAcademic Press. 2005. [Online]. Disponible: http://books.google.com.ec/books?id=OQTOJLgs5KsC&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false
[13] http://www.ate.uniovi.es/8695/documentos/clases%20pdf/instrumentacion%20alumn.pdf
[14] Juan F. Guerreo Martinez, "Sistemas de instrumentación Medica". Departamento de ingeniería Electrónica. Escuela superior de ingeniería. [Online]. Disponible en: http://ocw.uv.es/ingenieria-y-arquitectura/1-5/ib_material/IB_T9_OCW.pdf
[15] Nieves Abril Díaz, "Espectrofotometría: Espectros de absorción y cuantificación colorimétrica de biomolecular". Departamento de Bioquímica y Biología [Online]. Disponible en: http://www.slideshare.net/asaor/espectrofotometria-presentation
[16] Daniel Olave. "Espectrofotometría". [Online]. Disponible en: http://www.metrologiaindust.com.ar/Servicios/Capacitacion/Curso2/Material/Diapositivas/5-Espectrofotometria.pdf
Biografía.
Juan Diego Cabrera, nació en Cuenca el 1 de septiembre de 1989. Estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana en la especialidad de Ingeniería Electrónica, miembro IEEE desde el 2012. Estudios realizados en el colegio Técnico Salesiano obteniendo el título de bachiller técnico en "Contabilidad Especialidad Informática".
Autor:
Juan Diego Cabrera Zeas
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
CARRERA: INGENIERIA ELECTRONICA
ELECTRONICA DIGITAL