Un colector de partículas para recoger partículas de una masa/tamaño de partícula discreta separada de un flujo de un medio fluido ambiental,

comprendiendo el colector una cámara (100) que tiene instalado en la misma un sustrato (102) que puede girar alrededor de un eje (22) y sobre el que se pueden dirigir las partículas separadas, caracterizado porque el sustrato tiene sobre el mismo una pluralidad de canales (138) perimetralmente separados extendiéndose cada uno en una dirección que se aleja de dicho eje y que conduce a una pluralidad de cámaras (140) en las que se pueden recoger las partículas mientras el sustrato está en rotación, comprendiendo adicionalmente el colector elementos para depositar un líquido (103) sobre el sustrato para formar una película de dicho líquido en al menos una región del sustrato sobre el que se dirigen las partículas durante el funcionamiento del colector, siendo tales la construcción y la disposición del colector que, a medida que las partículas de interés inciden sobre el líquido, se depositan en dicho líquido y, dicho líquido obliga a dichas partículas a fluir al interior de la pluralidad de canales para la deposición de las partículas en la pluralidad de cámaras, bajo la fuerza centrífuga originada en la rotación del sustrato

La presente invención se refiere a separadores y recolectores de partículas y se refiere particularmente a dispositivos para muestrear y de este modo supervisar la presencia de partículas seleccionadas en fluidos, tanto líquidos como gaseosos, y en particular pero no exclusivamente para supervisar componentes del aire. La invención se refiere más especialmente a dispositivos tales que son capaces de muestrear el aire ambiente para detectar la 5 presencia de agentes químicos y biológicos en el aire.

Se percibe que hay una necesidad actual y urgente de dispositivos para muestreo del aire que sean sencillos de operar, se puedan fabricar en grandes cantidades, puedan detectar e identificar tantos agentes peligrosos en la atmósfera como sea posible, y sean altamente transportables de modo que se puedan desplegar fácil y rápidamente en cualquier lugar y momento en que sean necesarios, y que tengan una respuesta elevada a la 10 presencia de partículas seleccionada tanto al aire libre como en el interior de edificios, en vehículos de transporte de masas tales como aviones, barcos, trenes y autobuses así como estar disponible para uso personal. Es también un requisito que tales dispositivos puedan identificar estos agentes peligrosos en un periodo de tiempo lo suficientemente corto para que se pueda implantar una acción correctora antes de que éstos produzcan un efecto grave, en ambientes tanto militares como civiles. 15

Las propuestas anteriores se han adelantado en proponer separación de partículas para partículas tan pequeñas como de tamaño submicrométrico (consultar, por ejemplo "Particles separate doing the Tango" Biotechnology julio de 2004, "Continuous Particle Separation Through Deterministic Lateral Displacement" de L.R. Huang y col. Science, 14 de mayo, 2004). Un estudio adicional, entre otros, es el que se encuentra en "Virtual Impactors: A Theoretical Study" de V.A. Marple y C.M. Chien publicado en 1980 en Environmental Science & 20 Technology por la American Chemical Society.

Aunque dichos separadores son conocidos y se han propuesto para separar partículas extremadamente pequeñas, no son adecuados como los separadores de dispositivos de muestreo necesario para la separación e identificación de partículas microbianas o bacteriológicas, o similares, y no se pueden utilizar con facilidad en cifras generales. 25

La razón fundamental de esto es que los separadores de partículas conocidos son considerables, solo pueden tratar pequeños volúmenes de aire u otros gases en un periodo de tiempo dado y están primordialmente dedicados a la separación, pero no necesariamente a la conservación de la integridad de las partículas separadas, de modo que se pueda identificar posteriormente un patógeno, virus, germen o similar, debido a la colisión de dichas partículas a medida que se separan y recogen. De hecho, en la técnica anterior, la colisión se identifica 30 como un resultado definido de la estructura y funcionamiento del separador. Un ejemplo de propuesta de la técnica anterior de ese tipo es la que se da a conocer en la patente británica nº 1354261 que da a conocer un dispositivo para recoger polvo y partículas de humo de dimensiones micrométricas suspendidas en el aire o en otros gases que comprende un recipiente con una entrada y una salida, y una serie de placas transversales separadas y aperturadas contenidas en el recipiente, en el que las aberturas de la primera placa de la serie, que es la placa más 35 cercana a la entrada que cualquier otra placa contenida en el recipiente, tienen aberturas dimensionadas de tal modo que se incrementa la velocidad del aire o de otro gas que pasa a su través y que son más grandes que las aberturas de la o de cada una del resto de placas contenidas en el recipiente y las aberturas de la o de cada una del resto de placas contenidas en el recipiente son más pequeñas que las aberturas de la o de cada placa que esté entre esa placa y la entrada de manera que la última placa de la serie que está más cerca de la salida que ninguna 40 otra placa contenida en el recipiente tiene aberturas que son más pequeñas que las aberturas de la o de cada placa del recipiente, y las aberturas de cada placa se encuentran escalonadas con respecto a las aberturas de la placa o placas adyacentes. Se puede apreciar fácilmente que un dispositivo de ese tipo no se usa en la recogida y análisis de partículas como patógenos ya que la construcción y disposición del dispositivo es tal que las partículas impactarán directamente sobre las placas y quedarán dañadas al menos de forma que la identificación de dichos 45 patógenos será al menos muy dudosa.

El procedimiento de extraer particular arrastradas por el aire o de otros gases mediante este dispositivo de la técnica anterior comprende extraer una muestra del gas a través de un número de placas separadas y aperturadas en el que las aberturas son de tamaño progresivamente decreciente desde la primer placa hasta la última placa, y las aberturas de cada placa se encuentran escalonadas con respecto a las aberturas de la placa o 50 placas adyacentes de manera que las corrientes de gas cambian de dirección abruptamente en su progresión de una placa a la siguiente, y las partículas suspendidas en el gas abandonan las corrientes de gas cuando la velocidad, junto a la brusquedad del cambio de dirección, sea lo suficientemente grande e impactan sobre la superficie de la siguiente placa evitando los orificios de la siguiente placa.

Desde entonces se han propuesto muchos sistemas colectores que utilizan el principio del impacto. El 55 documento US 6.267.016 B1 (Patrick T Call y col.) describe un colector de impacto que utiliza un impulsor giratorio para recoger partículas de un fluido gaseoso (a partir de un flujo de aire, por ejemplo). Otro que demuestra claramente el procedimiento es el documento US 6.463.814. Se trata de un impactor de ranura, y la patente da a conocer una entrada rectangular, que se utiliza para dirigir el aire a una platina de microscopio. Un dispositivo de

muestreo con impactor de ranura es para recoger contaminantes arrastrados por el aire para su análisis posterior, incluye una base con una platina de microscopio colocada sobre la anterior. La platina de microscopio tiene un medio adhesivo ubicado sobre la anterior para ayudar a adherir las partículas arrastradas por el aire sobre la platina de microscopio. La base tiene una cabeza superior asegurada a la misma. La cabeza superior tiene una abertura de entrada formada a través de ella. La abertura de entrada tiene una sección venturi externa y una sección laminar 5 interna que dirige el flujo de aire a través de la entrada de aire en contacto con el medio adhesivo de manera que las partículas arrastradas por el aire formen una traza de impacto sobre la misma. A continuación el aire fluye alrededor de la platina de microscopio hasta un paso de salida y hasta una fuente de vacío.

La colisión se puede producir en la corriente de partículas o en las paredes de los separadores conocidos, o en ambos. Si esto sucede al separar bacterias y similares, la posibilidad de identificar dichas bacterias quedaría 10 afectada gravemente tanto debido a daños en la bacteria como por alteración potencial de su propia estructura, o debido a la contaminación cruzada. En consecuencia, los separadores de partículas conocidos no son adecuados para uso en la separación y recogida de partículas que se puedan dañar debido al impacto.

Por lo tanto, los inventores han desarrollado un separador de partículas y un colector de partículas en el que se minimiza el riesgo potencial de dicho daño. Esto se ha conseguido por análisis de una gama de bacterias, 15 virus, etc. por su tamaño másico, y una comprensión de la optimización del flujo de aire que permitirá la separación de partículas de ese tipo sin ninguna colisión significativa entre las mismas.

Hablando en general, en el aire ambiental, existen partículas en el intervalo inferior a 50 micrómetros. En la atmósfera, las partículas más grandes tienden a sedimentar y a no permanecer en la atmósfera. Por debajo del nivel de los 50 micrómetros, las partículas atmosféricas se pueden clasificar habitualmente en tres intervalos de 20 tamaño, concretamente de 20-50 micrómetros, 2-20 micrómetros y por debajo de 2 micrómetros. Los microorganismos como bacterias, gérmenes, virus y similares se consideran normalmente en el extremo inferior del intervalo global, aunque algunos materiales perjudiciales y venenosos pueden tener menos de 40 micrómetros, y en particular en el intervalo de 2-20 micrómetros, Por esta razón, también puede ser... [Seguir leyendo]

1. Un colector de partículas para recoger partículas de una masa/tamaño de partícula discreta separada de un flujo de un medio fluido ambiental,

comprendiendo el colector una cámara (100) que tiene instalado en la misma un sustrato (102) que puede girar alrededor de un eje (22) y sobre el que se pueden dirigir las partículas separadas, caracterizado porque 5

el sustrato tiene sobre el mismo una pluralidad de canales (138) perimetralmente separados extendiéndose cada uno en una dirección que se aleja de dicho eje y que conduce a una pluralidad de cámaras (140) en las que se pueden recoger las partículas mientras el sustrato está en rotación,

comprendiendo adicionalmente el colector elementos para depositar un líquido (103) sobre el sustrato para formar una película de dicho líquido en al menos una región del sustrato sobre el que se dirigen las partículas durante el 10 funcionamiento del colector, siendo tales la construcción y la disposición del colector que, a medida que las partículas de interés inciden sobre el líquido, se depositan en dicho líquido y,

dicho líquido obliga a dichas partículas a fluir al interior de la pluralidad de canales para la deposición de las partículas en la pluralidad de cámaras, bajo la fuerza centrífuga originada en la rotación del sustrato.

2. Un colector de partículas según la reivindicación 1 en el que el sustrato comprende una oblea rotatoria (122, 15 136, 128).

3. Un colector de partículas según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que se forma una abertura central (124) en el sustrato para permitir la salida del medio fluido ambiental del que se han separado dichas partículas.

4. Un colector de partículas según la reivindicación 3 en el que la región del sustrato forma un anillo alrededor de 20 dicha abertura formada en el sustrato.

5. Un colector de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que los canales y las cámaras se han formado radialmente hacia el exterior de la región.

6. Un colector de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que los canales están dispuestos radialmente en el eje de rotación del sustrato. 25

7. Un colector de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que los canales y las cámaras están provistas de un material que está unido al sustrato.

8. Un colector de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que el elemento para depositar un líquido sobre el sustrato comprende una pluralidad de boquillas pulverizadoras dispuestas por encima del sustrato. 30

9. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que el líquido depositado sobre el sustrato es agua purificada.

10. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que el líquido depositado sobre el sustrato es una disolución salina.

11. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el que se proporciona un 35 depósito para almacenar una cantidad de líquido para depositar sobre el sustrato.

12. Un colector de partículas según la reivindicación 11 en el que se proporcionan elementos para recircular dicha cantidad de líquido.

13. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el sustrato se puede sustituir.

14. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones en el que se emplea un ventilador (101) 40 para obligar al flujo de medio fluido ambiental para activar dichas partículas y arrastrar dicho medio fluido ambiental al colector.

15. Un colector de partículas según la reivindicación 14 que comprende un motor para hacer girar el sustrato y el ventilador.

16. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones en el que se proporciona un elemento 45 detector (148) adyacente a cada cámara para detectar la presencia de una partícula de cualquier especie seleccionada.

17. Un colector de partículas según la reivindicación 16 en el que se proporcionan elementos para registrar parámetros asociados con cualquier partícula seleccionada que sea detectada por cualquier elemento sensor.

18. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la cámara tiene un techo (104) y el elemento para depositar líquido sobre el sustrato está montado en o bajo el techo por encima de dicha región del sustrato, proporcionando además el techo aberturas (118) para permitir la entrada de dichas partículas a la cámara.

19. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el sustrato está hecho de 5 dióxido de silicio.

20. Un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y que comprende una segunda cámara que tiene instalado en la misma un segundo sustrato que puede girar alrededor de dicho eje, estando la segunda cámara situada bajo dicha primera cámara con un acceso entre la primera y la segunda cámara previsto de manera que cualesquiera partículas no recogidas en la primera cámara puedan pasar a la segunda cámara para 10 recogida, en el segundo sustrato,

teniendo el segundo sustrato sobre sí mismo una pluralidad de canales perimetralmente separados extendiéndose cada uno en una dirección que se aleja de dicho eje y que conduce a una pluralidad de cámaras en las que se pueden recoger las partículas mientras que el primer y el segundo sustrato están en rotación,

estando provista la segunda cámara de segundos elementos para depositar un líquido sobre el segundo sustrato para 15 formar una película de dicho líquido en al menos una región del segundo sustrato sobre el que se dirigen las partículas durante el funcionamiento del colector.

21. Un separador/colector de partículas (10) para separar partículas de una masa/tamaño de partícula discreta procedente de un flujo de un medio fluido ambiental, tal como aire ambiental, y para recoger las partículas separadas,

comprendiendo el separador/colector una pluralidad de cámaras superpuestas teniendo cada una montada en la 20 misma un sustrato (102) que puede girar alrededor de un eje

y sobre el que se pueden dirigir partículas desde el flujo de medio fluido ambiental, caracterizado porque cada sustrato tiene sobre sí mismo una pluralidad de canales (138) perimetralmente separados extendiéndose cada uno en una dirección que se aleja de dicho eje y que conduce a una pluralidad de cámaras (140) en las que se pueden recoger las partículas 25

mientras el sustrato está en rotación,

comprendiendo adicionalmente el colector elementos para depositar un líquido sobre cada sustrato (102) para formar una película de dicho líquido en al menos una región del sustrato sobre el que se dirigen las partículas durante el funcionamiento del separador/colector, siendo tales la construcción y la disposición del separador/colector que, a medida que las partículas de interés inciden sobre el líquido, se depositan en el líquido, y dicho líquido obliga a dichas 30 partículas a fluir al interior de la pluralidad de canales (140) para la deposición de las partículas en la pluralidad de cámaras (140) bajo la fuerza centrífuga originada en la rotación del sustrato, y

elementos (101) para obligar al medio fluido ambiental a fluir por la pluralidad de cámaras (140) hasta la salida.

22. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas que comprende un separador (12) para separar partículas de un primer y segundo intervalo de masa/tamaño procedentes de un medio fluido ambiental en el que están 35 presentes, siendo las partículas del primer intervalo de masa/tamaño mayores que las partículas del segundo intervalo, comprendiendo el separador un cuerpo (13) con una entrada provista de una pluralidad de puertos de entrada (20) por los que el medio fluido ambiental se admite al interior del separador, llevando cada puerto de entrada a una primera cámara (23) respectiva que tiene una pluralidad de puertos (29) de salida alrededor de su periferia partiendo desde la cámara y por los cuáles se pueden extraer las partículas del segundo intervalo durante la operación del separador para 40 recogida posterior, mientras que las partículas del primer intervalo pasan en general axialmente por la cámara, teniendo cada cámara una salida, alejada de su entrada, mediante la cual las partículas de salida de dicho primer intervalo se pueden ventear del separador;

un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20; y

elementos para impulsar el aire a través del separador hasta el colector para su recogida en ese punto. 45

23. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas que comprende un separador (12) para separar partículas de un primer y segundo intervalo de masa/tamaño procedentes de un medio fluido ambiental gaseoso en el que están presentes, siendo las partículas del primer intervalo de masa/tamaño mayores que las partículas del segundo intervalo, comprendiendo el separador

un cuerpo (13) con un eje (22) y una entrada axial provista de una pluralidad de puertos de entrada (20) por los que el 50 medio gaseoso ambiental se pueden introducir en el separador, llevando cada puerto de entrada a una primera cámara (23) respectiva que tiene una pluralidad de puertos (29) de salida alrededor de su periferia partiendo desde la cámara y por los cuáles se pueden extraer las partículas del segundo intervalo durante la operación del separador para recogida

posterior, mientras que las partículas del primer intervalo pasan en general axialmente por la cámara, teniendo cada cámara una salida (62), alejada de su entrada, mediante la cual las partículas de salida de dicho primer intervalo se pueden ventear del separador;

un colector de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20; y

elementos (101) para impulsar el aire a través del separador hasta el colector para su recogida en ese punto. 5

24. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 22 o la reivindicación 23 en el que los puertos de la pluralidad de puertos de entrada son de tamaño y forma sustancialmente similares y están dispuestos concéntricamente con una orientación sustancialmente común.

25. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 22 o la reivindicación 23 como se ha añadido a lo anterior en el que cada cámara tiene un eje paralelo al eje (22) del recipiente y los puertos de 10 salida que rodean la periferia de cada cámara están dispuestos en matrices concéntricas respecto el eje de la cámara respectiva.

26. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 25 en el que las matrices concéntricas de puertos de salida están dispuestos en una galería anular (26) por encima de una zona de suelo (24) de la cámara respectiva. 15

27. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 26 en el que cada uno de los puertos de salida está provisto de un paso que lleva hasta un espacio anular (34) formado bajo la galería, estando el espacio anular aislado de la cámara.

28. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 27 en el que uno o más conductos (54) salen del espacio anular y está/están dispuesto(s) para alinearse y conectar con un colector de 20 partículas cuando el separador está conectado al mismo.

29. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 28 en el que un segundo espacio anular está provisto bajo dicho espacio anular, y dicho segundo espacio anular está conectado a dicho espacio anular por el que las partículas pueden pasar desde dicho espacio anular hasta dicho segundo espacio anular, teniendo dicho segundo espacio anular salidas desde el anterior mediante las que dichas partículas se pueden dirigir a 25 dicho colector de partículas cuando el separador está conectado al mismo.

30. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 29 en el que las partículas de dicho segundo intervalo incluyen partículas de intervalos de masa/tamaño terceros y cuartos en el que las partículas del tercer intervalo son de mayor masa/tamaño que las del cuarto intervalo, siendo capaz el separador de extraer partículas del cuarto intervalo en dicho espacio anular y las partículas del tercer intervalo 30 procedentes del segundo espacio anular.

31. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 29 o la reivindicación 30 en el que se proporcionan una pluralidad de espacios anulares bajo dicho segundo espacio anular, estando cada espacio anular de dicha pluralidad de los mismos conectado a un espacio anular inmediatamente superior por el que las partículas pueden pasar desde dicho espacio anular inmediatamente superior al anterior, y teniendo cada espacio 35 anular salidas desde el anterior mediante las que dichas partículas se pueden dirigir a dicho colector de partículas cuando el separador está conectado al mismo.

32. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 31 en el que cada uno de los puertos de entrada (20) tiene un suelo (24) y el más inferior de dicha pluralidad de espacios anulares se conectará a continuación con una abertura que conduce a una salida por debajo de dicho suelo. 40

33. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según la reivindicación 29 o cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32 como se han añadido a este documento en el que las partículas del cuarto intervalo se pueden separar de las partículas del tercer intervalo al separar dicho espacio anular en un primer espacio anular (40) y un segundo espacio anular (42) con una partición (44) entre los anteriores de forma que dicho segundo espacio anular quede separado de los puertos de salida mediante el primer espacio anular, teniendo el primer espacio anular una 45 salida que es transversal respecto al eje de la cámara respectiva y por el que se pueden extraer las partículas del cuarto intervalo para su recogida, mientras que las partículas del tercer intervalo se dirigen por salidas adicionales para recogida independiente.

34. Un dispositivo para recogida y muestreo de partículas según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 33 que es portátil. 50

35. Un procedimiento para separar y recoger partículas de una masa/tamaño de partícula discreta separada de un flujo de un medio fluido ambiental, comprendiendo el procedimiento dirigir el medio fluido al interior de un dispositivo que comprende una cámara (100) en la que se ha instalado un sustrato (102) de manera giratoria, caracterizado porque el procedimiento adicionalmente comprende, dirigir un líquido sobre el sustrato para establecer una película

líquida sobre el mismo, siendo dirigido el medio fluido a la cámara a una velocidad tal que el medio fluido se pude retirar de la cámara permitiendo a la vez que las partículas arrastradas en el mismo impacten sobre la película de líquido, y extrayendo el líquido que tiene las partículas contenidas en el mismo a las ubicaciones de recogida (140) en el sustrato, bajo la fuerza centrífuga originada en la rotación del sustrato.

36. Un procedimiento según la reivindicación 35 en el que el fluido es un medio gaseoso, especialmente el aire. 5

37. Un procedimiento según la reivindicación 35 o la reivindicación 36 en el que las partículas a recoger comprenden microorganismos.

38. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 35 a 37 en el que las partículas arrastradas en el medio fluido se separarán según el tamaño/masa de la partícula.

39. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 35 a 38 en el que las partículas a detectar 10 están en el intervalo de tamaños de 2-20 micrómetros.

40. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 35 a 39 que se lleva a cabo utilizando un dispositivo de recogida y muestreo de partículas según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 34.