Baño de órganos que incorpora un sistema de control de temperatura basado en el efecto Peltier

k 19 OFICINA ESPA˜ NOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPA˜ NA k 11 N´umero de publicaci´on: 2 130 078 k 21 N´umero de solicitud: 009701491 k 51 Int. Cl.6:A01N 1/02 F25B 21/04 B01L 7/00 G01N 33/48 k 12 PATENTEDEINVENCION B1 k 22 Fecha de presentaci´on: 02.07.1997 k 73 Titular/es: Universidad de Sevilla, C/ Valpara´ıso, 5-2a ¯planta 41013 Sevilla, ES k 43 Fecha de publicaci´on de la solicitud: 16.06.1999 Fecha de concesi´on: 21.12.1999 k 72 Inventor/es: Undabeytia L´opez, Juan Ram´on; Domingo Mart´ınez, Jos´eAntonio; Pastor Loro, Angel Manuel; Escudero Gonz´alez, Miguel y Delgado Garc´ıa, Jos´eMar´ıa k 45 Fecha de anuncio de la concesi´on: 01.02.2000 k 45 Fecha de publicaci´on del folleto de patente: 01.02.2000 k 74 Agente: No consta k 54 T´ıtulo: Ba˜no de organos que incorpora un sistema de control de temperatura basado en el efecto Peltier. k 57 Resumen: Ba˜no de ´organos que incorpora un sistema de control de temperatura basado en el efecto Peltier. La presente invenci´on se refiere a un ba˜no de ´organos que consiste en una c´amara de perfusi´on a la que se ha incorporado un sistema de temperatura basado en el efecto Peltier. La placa de semiconductores que trabaja seg´un el efecto Peltier se aloja entre la base de la c´amara de perfusi´on y el comportamiento en donde permanece el tejido o las c´elulas en estudio. El dispositivo Peltier est´a unido mediante pasta conductora de calor a una placa de aluminio que, a su vez, transmite este calor al fluido, as´ı como a los tubos por donde se conduce la soluci´on salina en su flujo hacia el ba˜no. La presente invenci´on es de gran utilidad en Fisiolog´ıa, Neuroetelog´ıa, Farmacolog´ıa, Biof´ısica, Biolog´ıa Celular y Anatom´ıa. Aviso: Se puede realizar consulta prevista por el art◦37.3.8 LP. Ventadefasc´ıculos: Oficina Espa˜nola de Patentes y Marcas. C/Panam´a, 1 – 28036 Madrid ES 2 130 078 B1 1ES 2 130 078 B1 2 DESCRIPCION Ba˜no de ´organos que incorpora un sistema de control de temperatura basado en el efecto Peltier. Objeto de la invenci´on La presente invenci´on se refiere a un ba˜no de ´organos consistente en una c´amara de perfusi´on a la que se ha incorporado un sistema de control de temperatura basado en el efecto Peltier. La c´amara consta de un recept´aculo de metacrilato, al que se le suministra de forma continua un flujo de soluci´on salina oxigenada, en el que se van a mantener c´elulas o tejidos en condiciones fisiol´ogicas durante el registro de biopotenciales. La temperatura del ba˜no est´a controlada gracias a una placa de semiconductores que trabajan seg´un el Sistema Peltier alojada entre la base y el compartimiento. El dispositivo Peltier est´a unido mediante pasta conductora de calor a una placa de aluminio que, a su vez, transmite este calor al fluido, as´ı como a los tubos por donde se conduce la soluci´on salina en su flujo hacia el ba˜no. La utilizaci´on del Sistema Peltier permite tanto calentar como enfriar la soluci´on del ba˜no con respecto a la temperatura ambiente. Estado de la t´ecnica Los sistemas presentes en el mercado s´olo ofrecen el calentamiento por encima de la temperatura ambiente mediante intercambiadores de calor. En general, estos dispositivos son recipientes aislados t´ermicamente por los que circula una conducci´on con la soluci´on del ba˜no. Estos dispositivos son de gran tama˜no por lo que es dif´ıcil adaptarlos a un microscopio convencional sin costosas modificaciones. Adem´as, en determinadas aplicaciones (por ejemplo, necesidad de reducir la tasa metab´olica) es necesario alcanzar temperaturas por debajo del ambiente lo que obliga a disponer de dispositivos que sean capaces de enfriar, adem´as de calentar, las soluciones de ba˜no. Por ello se ha hecho uso del efecto Peltier, de tal forma que la temperatura del ba˜no est´eregulada en un rango entre 10 y 40◦C. El efecto Peltier es un fen´omeno termoel´ectrico relacionado con la conversi´on de energ´ıa. Este efecto consiste en el flujo de calor en la zona de contacto de los materiales con propiedades termoel´ectricas diferentes que es proporcional a la corriente que circula por la uni´on. El efecto Peltier es peque˜no en los metales y mucho mayor en los semiconductores, por lo que se han elegido ´estos para la fabricaci´on del dispositivo. Dispositivos con estas caracter´ısticas no se comercializan en la actualidad. Descripci´on de la invenci´on La presente invenci´on est´a compuesta por una c´amara de perfusi´on para el mantenimiento de los tejidos y el intercambio de calor y un sistema de control de temperatura. La c´amara consta de cinco elementos (figura 1). La base de la c´amara hecha de metacrilato es el soporte sobre el que se atornilla el resto de los elementos. Las dimensiones de la base (119 x 96 mm), modificables seg´un las necesidades, permite su acoplamiento a la pletina m´ovil de un microscopio convencional. Sobre la base se fija el compartimiento donde permanece el tejido, o las c´elulas en estudio. Este compartimiento es una 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 peque˜na piscina de aproximadamente 9 cc con el fondo de cristal para permitir la transiluminaci´on microsc´opica de los tejidos. Opcionalmente, sobre el fondo de cristal se puede polimerizar una capa de silicona inerte que permite inmovilizar los tejidos mediante microagujas. El comportamiento es estanco y dispone de i) una c´anula de entrada para la soluci´on salina, la cual fluye por gravedad, ii) una c´anula de salida de la soluci´on salina, que puede acoplarse a una bomba aspirante, iii) un electrodo de referencia para los registros fisiol´ogicos, que est´a construido con alambre de plata clorurada y iv) un termopar tipo J sumergido en la soluci´on para medir la temperatura. Alojado entre la base y el compartimiento se encuentra la pletina de aluminio que transporta calor por conducci´on desde el Peltier al ba˜no. El compartimiento se fija a la base mediante tornillos de modo que aprisionan una parte de la pletina. Para asegurar una mejor conducci´on de calor entre la pletina y el compartimiento se aplica entre ambos pasta conductora de calor. La pletina tiene un agujero, practicado en el centro de la misma, para permitir la transiluminaci´on de los tejidos. El sistema de mantenimiento de la temperatura consiste en una placa de semiconductores que trabajan seg´un el sistema Peltier, es decir, aplicando una corriente uno de los lados se enfr´ıa y otro se calienta. Invirtiendo la polaridad se podr´a calentar o enfriar la soluci´on salina. El calor se transmite al fluido mediante mecanismos de conducci´on y convenci´on. El dispositivo Peltier est´a unido mediante pastas conductoras de calor a una placa de aluminio que a su vez transmite este calor al fluido, as´ı como a los tubos por donde se conduce la soluci´on salina en su flujo hacia el ba˜no. El calor que desprende la otra cara del dispositivo Peltier (la cara no activa) se difunde gracias a un radiador de aluminio por el que se hace circular agua para la refrigeraci´on del circuito. El suministro de corriente al dispositivo Peltier est´a regulado por la electr´onica asociada al sistema de mantenimiento de temperatura. Esta consta b´asicamente de una fuente de tensi´on, un controlador de temperatura, un circuito de resistencia variable y otro de amplificadores diferenciales para la monitorizaci´on de temperatura. La fuente de alimentaci´on es de salida m´ultiple (+ 12V-2A, +5V-3A, -5V-0.5A) empleadas en suministrar corriente a la placa de semiconductor y alimentar la configuraci´on de amplificadores diferenciales utilizados en la monitorizaci´on de la temperatura con salida BNC. Al controlador de temperatura se le hace llegar la temperatura de la soluci´on salina a trav´es de un termopar tipo J y en funci´on de la temperatura deseada, regula la activaci´on de un rel´e para el suministro de corriente se aproveche casi todo en hacer llegar al sistema Peltier la m´axima intensidad posible. Una vez negado a dicha temperatura y dentro del rango de temperatura programado en el controlador, el r´elesedesactivayla corriente suministrada al sistema Peltier se hace atrav´es del circuito de resistencia variable (a partir de m´ınimo calculado y hasta un m´aximo conveniente en funci´on de la temperatura ambiente) por medio de un potenci´ometro. En dicho circui- 2 3ES 2 130 078 B1 4 to, la presencia de un condensador electrol´ıtico se aprovecha para amortiguar los cambios bruscos en el suministro de corriente al sistema de semiconductores. Adem´as, la inversi´on de polaridad (suministro de fr´ıo o calor a la soluci´on) se consigue mediante un conmutador ON/ON. Al comparar el procedimiento propuesto con los m´etodos anteriormente citados cabe destacar las siguientes ventajas: ∗La posibilidad de ser acoplada a un microscopio para observaci´on gracias a su dise˜no, forma y materiales de construcci´on. ∗La posibilidad de trabajar a temperaturas distintas a la del ambiente, en funci´on de las condiciones de trabajo necesarias. El mantenimiento de la temperatura deseada mediante un sistema Peltier, pudi´endose regu- 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 lar manualmente el flujo de calor aportado al llegar a dicha temperatura en funci´on de las condiciones ambientales. ∗La ventaja de trabajar sin ruido gracias al dise˜no electr´onico realizado, ∗La posibilidad de monitorizar la se˜nal de temperatura por la electr´onica asociada la sistema. Explicaci´on de las figuras Figura 1.- Ba˜no de ´organos. Elementos 1. Compartimiento o piscina 2. Radiador 3. Pletina de aluminio 4. Base de la c´amara 5. Placa de efecto Peltier 3 5ES 2 130 078 B1 6 REIVINDICACIONES 1. Ba˜no de ´organos caracterizado porque incorpora un sistema de control de temperatura basado en una placa de semiconductores que trabajan seg´un el Sistema Peltier. 2. Ba˜no de ´organos seg´un reivindicaci´on 1, caracterizado porque la placa de semiconductores se acopla entre la base de la c´amara de perfusi´on y el compartimiento en donde permanece el tejido olasc´elulas en estudio. 3. Ba˜no de ´organos seg´un reivindicaciones 1 y2,caracterizado porque entre el dispositivo Peltier y el compartimiento se aplica una pasta 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 conductora de calor. 4. Ba˜no de ´organos seg´un reivindicaciones 1 a3,caracterizado porque al dispositivo Peltier hay asociada una fuente de tensi´on, un controlador de temperatura, un circuito de resistencia variable y otro de amplificadores diferenciales para la monitorizaci´on de temperatura. 5. Ba˜no de ´organos seg´un reivindicaciones 1 a4,caracterizado porque a trav´es de un conmutador ON/ON se puede realizar una inversi´on de polaridad sobre la placa de semiconductores que permita enfriar o calentar la soluci´on salina que fluye por el compartimiento de la c´amara de perfusi´on. 4 ES 2 130 078 B1 5 OFICINA ESPA˜ NOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPA˜ NA k 11 ES 2 130 078 k 21 N.◦solicitud: 9701491 k 22 Fecha de presentaci´on de la solicitud: 02.07.97 k 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA k 51 Int. Cl.6:A01N 1/02, F25B 21/04, B01L 7/00, G01N 33/48 DOCUMENTOS RELEVANTES Categor´ıa Documentos citados Reivindicaciones afectadas XUS 5181382 A (MIDDLEBROOK) 26.01.1993, columna 4, 1-5 l´ınea 46 - columna 8, l´ınea 2; figuras 1,2,3A,4,9. XUS 4889691 A (ARGENTIERI) 26.12.1989, todo el documento. 1-5 AUS 4490982 A (CHRISTMAS) 01.01.1985, columna 4, l´ıneas 17-45; 3 figuras 4a,4b. AUS 4066365 A (STAUNTON) 03.01.1978, columna 4, 4 l´ınea 48 - columna 5, l´ınea 30. Categor´ıa de los documentos citados X: Y: A: de particular relevancia de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categor´ıa refleja el estado de la t´ecnica O: P: E: referido a divulgaci´on no escrita publicado entre la fecha de prioridad y la de presentaci´on de la solicitud documento anterior, pero publicado despu´es de la fecha de presentaci´on de la solicitud El presente informe ha sido realizado ×para todas las reivindicaciones para las reivindicaciones n◦: Fecha de realizaci´on del informe Examinador P´agina 27.04.99 J. Olalde S´anchez 1/1