El dispositivo comprende un recipiente de material biocompatible y que está formado por uno o varios compartimentos independientes donde se introducen los elementos magnetostrictivos que forman el sensor;

dicho sensor incluye uno o más elementos ferromagnéticos magnetostrictivos. El recipiente está diseñado de manera que puede contener un medio de cultivo celular. Además, el dispositivo incluye un sistema de medida para medir la respuesta del sistema de excitación-captación. La medida se realiza "in situ" sin necesidad de extraer el cultivo celular de la cámara de incubación

Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico.

Sector de la técnica

La presente invención se enmarca dentro del sector de Sensores Magnéticos y Materiales Magnéticos con aplicaciones en el campo de la Biología Celular. Más concretamente se refiere a un sensor magnetoelástico basado en la variación de la frecuencia de resonancia de un material magnetostrictivo en función de su masa.

Estado de la técnica

Los materiales amorfos magnetostrictivos presentan una propiedad física que los hace especialmente atractivos desde el punto de vista de su utilización como elementos sensores. Dicha propiedad es la existencia del fenómeno de la resonancia magnetoelástica cuando son sometidos a campos magnéticos variables con el tiempo. La frecuencia a la cual aparece la resonancia magnetoelástica depende de la composición del material, de la temperatura y de sus dimensiones físicas y de su masa.

Se denomina magnetostricción a la dependencia de las dimensiones de un sólido con su estado de imanación. Se dice que la magnetostricción de una sustancia es positiva o negativa según se alargue en la dirección de la imanación espontánea o en la perpendicular, respectivamente. El alargamiento tiene asociado una energía elástica que ha sido suministrada por el campo magnético, esto es, por la energía de imanación. El cociente entre la energía elástica almacenada y el trabajo de imanación suministrado se conoce como coeficiente de acoplamiento magnetoelástico k y es el índice que mide la calidad de un material para operar como transductor. Los materiales magnéticos amorfos son magnetostrictivos y presentan el valor k=0,99, el más grande observado (Magnetostriction: Theory and Applications of Magnetoelasticity, E. du Trémolet de Lacheisserie, CRC Press Inc, Boca Ratón (1993)). Debido a esta naturaleza presentan lo que se conoce como resonancia magnetoelástica. Este es el fenómeno que se produce cuando la frecuencia del campo magnético aplicado sobre un material magnetoelástico coincide con la frecuencia mecánica propia del mismo. Este principio puede ser utilizado para la realización de sensores y biosensores inalámbricos magnetoelásticos. Cuando se genera un flujo magnético de una determinada frecuencia las vibraciones mecánicas del sensor pueden ser detectadas bien por métodos acústicos o midiendo las variaciones de impedancia en un inductor. El dispositivo objeto de la presente invención está basado en la medida de la variación de la impedancia del sistema excitador-captador. Como la permeabilidad del sensor aumenta en el momento de la resonancia, la frecuencia de resonancia puede determinarse a partir de la máxima variación de impedancia del sistema excitador-captador.

La evolución del progreso de un cultivo celular se realiza, tradicionalmente, a partir de la observación directa de la evolución que tiene lugar en un sustrato de cultivo (soporte sobre el que se colocan físicamente las células) mediante un microscopio. Es fundamental tener perfectamente controlado el microambiente en el que se desarrolla el cultivo para poder asegurar que cualquier cambio en el comportamiento de las células solo es atribuible al comportamiento celular en cada situación concreta y no a unas deficientes condiciones de cultivo. Generalmente los cultivos se realizan dentro de cámaras de incubación donde es posible controlar factores tales como la humedad, pH, temperatura, etc. El estricto control de la temperatura es muy importante al tratarse de un factor crítico en la mayoría de los experimentos con células, especialmente de mamíferos. Sin embargo, a la hora de observar mediante el microscopio la evolución de las células del cultivo es necesario extraer el sustrato del cultivo de la cámara lo que puede producir daños indeterminados debidos a los cambios de temperatura, aparte de daños mecánicos, que tienen lugar en cada medida.

Existen varios sensores magnetoelásticos diseñados para la medida de la densidad y viscosidad (C.A. Grimes et al., Review of Scientific Instriuments 71 (10), 2000), para la medida de la temperatura y humedad (M.K. Jain, Smart Mater Struct. 9, 502 (2000) y para la detección de antígenos (R. Guntupalli et al., Biosensors and Biolectronics 22,1474 (2007)).

En la patente US6397661B1 se describe un aparato diseñado para medir las variaciones de una o varias propiedades físicas (masa, viscosidad, temperatura y rigidez, principalmente) de una sustancia, junto con el método empleado para obtener las mediciones. El aparato está compuesto, en todas las configuraciones descritas, por al menos un sensor de material magnetostrictivo, sobre el cual se coloca la sustancia cuyas propiedades se desea determinar, y un receptor para detectar la intensidad de la onda magneto-elástica emitida al incidir un campo magnético dependiente del tiempo sobre el sistema.

Hasta donde nuestro conocimiento alcanza no existe ningún método de medida la evolución de un cultivo celular "in situ", es decir, sin necesidad de extraer el sustrato de cultivo de la cámara de incubación y de forma continua. La presente invención solventa las limitaciones de los métodos tradicionales de estudio de la evolución de los cultivos celulares que se acaban de exponer.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para la medida de la variación de la masa que tiene lugar en un cultivo celular con el tiempo, mediante la medida de la variación de la frecuencia de resonancia magnetoelástica de los materiales magnetostrictivos que forman parte del sensor. Dicha medida se realiza "in situ", sin necesidad de extraer el cultivo de la cámara de incubación ni de realizar conexiones físicas entre el recipiente donde crecen las células y el sistema de medida de la variación de la masa.

El dispositivo comprende:

a) Un recipiente fabricado con material biocompatible, o bien cuya superficie sea de un material biocompatible, diseñado para albergar en su interior el sensor magnetoelástico. El recipiente está formado por uno o varios compartimentos independientes donde se introducen los materiales magnetostrictivos que forman el sensor. Además, el recipiente está diseñado de manera que puede contener un medio de cultivo celular.

b) Un sensor magnetoelástico que incluye uno o más materiales ferromagnéticos magnetostrictivos de dimensiones adecuadas para estar incluidos en el recipiente descrito en el apartado (a) y que presentan una frecuencia de resonancia magnetoelástica conocida. Los materiales ferromagnéticos magnetostrictivos pueden tener forma de cinta, de película delgada o cualquier otra forma que permita su inclusión en el recipiente y la adherencia de las células sobre los mismos;

c) Un sistema de excitación-captación que permite aplicar un campo electromagnético alterno sobre el elemento sensor y detectar simultáneamente la variación del flujo magnético;

d) Un sistema de medida que permite medir, para cada frecuencia, la respuesta del sistema de excitación-captación y determinar la frecuencia de resonancia magnetoelástica de los distintos elementos ferromagnéticos magnetostrictivos que comprende el sensor.

Dentro del recipiente diseñado para el dispositivo, en los compartimentos diseñados a tal efecto, se colocan uno o más materiales magnetostrictivos de manera que queden sumergidos en el medio de cultivo cuando éste se añada. Cuando se incluye más de un material magnetostrictivo en un único dispositivo, cada elemento magnetostrictivo se coloca en un compartimento diferente. Por otro lado, una opción es que uno de los materiales magnetostrictivos actúe como referencia para poder evaluar los cambios en la frecuencia de resonancia magnetoelástica debidos a posibles cambios de temperatura u otros factores no relacionados directamente con la progresión del cultivo celular. Sobre el resto de los materiales magnetostrictivos se deposita una muestra de las células cuya evolución y crecimiento se desea estudiar de forma que actúan como sustratos del cultivo celular. Mediante el sistema de excitación-captación se aplica un campo electromagnético alterno sobre el sensor y se recogen las variaciones del flujo magnético producido por el sensor. El sistema de excitación-captación puede comprender un sistema de bobinas. El sistema de excitación-captación permite variar la frecuencia del campo electromagnético que actúa sobre el sensor y recoger la respuesta del sensor en función de la frecuencia. Cuando la frecuencia... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ", basado en un sensor magnetoelástico, que comprende:

i) un recipiente fabricado con material biocompatible, o bien cuya superficie sea de un material biocompatible, que tiene uno o más compartimentos independientes;

ii) un sensor magnetoelástico que incluye al menos un material ferromagnético magnetostrictivo;

iii) un sistema de excitación-captación que genera un campo electromagnético alterno y detecta la respuesta inducida en el propio sistema;

iv) un sistema de medida de la respuesta del sistema de excitación-captación en función de la frecuencia.

2. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según la reivindicación 1, donde el recipiente tiene más de un compartimento independiente y el sensor incluye un elemento magnetostrictivo en al menos dos de dichos compartimentos.

3. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, donde los materiales magnetostrictivos tienen forma de cinta.

4. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, donde los materiales magnetostrictivos son películas delgadas magnetostrictivas.

5. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema de excitación-captación está constituido por una o más bobinas.

6. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la superficie de los materiales magnetostrictivos se ha recubierto con sustancias favorecedoras de la adherencia celular.

7. Dispositivo para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" basado en un sensor magnetoelástico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la medida se realiza sin conexiones físicas entre el dispositivo y el sistema de medida.

8. Método para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ" que comprende:

- aplicar, mediante un sistema de excitación-captación, un campo electromagnético alterno sobre un sensor magnetoelástico cuyos elementos están colocados en uno o más de los compartimentos independientes de un recipiente fabricado con material biocompatible, o bien cuya superficie sea de un material biocompatible, donde dicho recipiente contiene un medio de cultivo celular y en al menos uno de los compartimentos independientes se han incluido células;

- detectar, mediante el sistema de excitación-captación, la respuesta del propio sistema de excitación-captación;

- medir, mediante un sistema de medición, la respuesta del sistema de excitación-captación;

- determinar la frecuencia de resonancia magnetoelástica de los distintos elementos ferromagnéticos magnetostrictivos que comprende el sensor.

10. Método para la medida de la evolución de la masa de un cultivo celular "in situ", según la reivindicación 9, donde al menos dos compartimentos independientes contienen cada uno un elemento del sensor magnetoelástico, uno de dichos compartimentos no contiene células, y el elemento del sensor magnetoelástico incluido en dicho compartimento sin células actúa como referencia para la medición de cambios en la frecuencia de resonancia magnetoelástica no relacionados directamente con el aumento de la masa del cultivo celular.