Microcolumna termogravitacional para determinar el coeficiente de difusión térmica de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos y biológicos.

Microcolumna para determinar el coeficiente de difusión térmica de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos como biológicos,

que comprende una cámara donde se dispone el fluido a analizar, dispuesta en posición sustancialmente vertical, una tapa (15) a cada lado de la cámara, soportando ambas tapas (15) diferentes temperaturas, de tal manera que existe un gradiente de temperatura entre ambas caras de la cámara, una placa base (1) que comprende la cámara, un medio transparente dispuesto a cada lado de la cámara, estando la cámara delimitada por la propia placa base y los medios transparentes, y al menos un orifico de visualización (15a) para poder visualizar dicha cámara desde el exterior a través de al menos uno de los medios transparentes.

Microcolumna termogravitacional para determinar el coeficiente de difusión térmica de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos y biológicos SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se relaciona con microcolumnas para medir la termodifusión en fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos y biológicos, y más concretamente con microcolumnas termogravitacionales para determinar el coeficiente de difusión térmica de dichos fluidos.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Las propiedades de transporte que se determinan mediante la aplicación de la técnica termogravitacional son de gran importancia en todos aquellos procesos en los cuales el fenómeno de la difusión esté presente. Se conoce con el nombre de difusión al transporte neto de una sustancia dentro de una fase que puede ser gaseosa, líquida o sólida. Este transporte de materia puede originarse debido a tres tipos de gradientes: de presión, de concentración o de temperatura. Cuando el gradiente es de temperatura el fenómeno es conocido como termodifusión.

Los procesos de transporte en líquidos debidos al fenómeno de termodifusión, han adquirido un considerable interés en problemas tan diversos como el análisis de inestabilidad hidrodinámica, el transporte de materia en seres vivos, o en algunos problemas prácticos, como el fraccionamiento de polímeros y la modelización para la explotación óptima de yacimientos petrolíferos. Hoy en día, el uso de la difusión térmica también despierta gran interés en el campo de los materiales aplicados a los MEMS (“micro electro mechanical systems”) o en sistemas coloidales sinteticos y/o biológicos.

El fenómeno de la termodifusión en fluidos es ampliamente conocido, al igual que un gradiente de temperatura ocasiona una redistribución de concentración en dicho fluido. La magnitud relevante en la descripción del fenómeno de D

S = T

TD

la termodifusión es el coeficiente Soret, dado por:

, donde DT es el coeficiente de difusión térmica del fluido y D el coeficiente de difusión ordinaria o molecular de dicho fluido. Para la determinación de estos coeficientes de transporte son conocidos dos procedimientos experimentales basados en régimen puramente no convectivo y convectivo. El primer caso, corresponde a la célula de difusión térmica y el segundo a la célula termogravitacional. Las medidas efectuadas en estas células de separación pueden venir seriamente afectadas por la presencia de perturbaciones convectivas originadas por la inestabilidad hidrodinámica o por la existencia de gradientes laterales de temperatura. Con objeto de evitar estas perturbaciones, se han realizado medidas de separación en microgravedad y se han determinado los coeficientes de transporte de las mezclas en estas condiciones. Aunque los resultados no son concluyentes, parecen señalar diferencias importantes con los valores obtenidos en la superficie de la Tierra. También se han mejorado los dispositivos experimentales no convectivos y se han refinado los métodos ópticos de análisis. Pero en cualquier caso, la pequeñez del efecto, sobre todo en la separación, hace que la mayoría de las medidas experimentales obtenidas con estas técnicas tengan una gran imprecisión.

Por el contrario, en una columna termogravitacional, el efecto elemental de separación por difusión térmica se combina con las corrientes convectivas verticales, dando lugar a una separación amplificada entre los extremos de la columna, que puede ser tanto positiva como negativa. En el caso de la separación positiva, es el componente menos denso de una mezcla binaria el que se dirige hacia la pared caliente dando lugar a unos enriquecimientos en la parte superior de la célula, mientras el componente más denso se enriquece en la parte inferior, y por lo tanto, el coeficiente Soret y el coeficiente de difusión térmica son positivos. Ahora bien, en el caso de una separación negativa, es el componente más denso el que se encuentra en la parte superior de la columna dando lugar a una separación potencialmente inestable y por lo tanto ST y DT son negativos.

Los resultados obtenidos muestran varias ventajas de este método, por ejemplo, la separación estacionaria es independiente del gradiente térmico y por lo tanto no es necesario un control preciso de las temperaturas. También para el caso de separaciones negativas, se ha podido establecer un gradiente adverso de densidad, trabajando siempre con varios órdenes de magnitud por encima del valor crítico de Grashof. Además, la reproducibilidad de las medidas experimentales obtenidas mediante este método, muestra la posibilidad del método termogravitacional en la determinación de las propiedades de transporte para mezclas líquidas, trabajando tanto en configuraciones planas como cilíndricas a diferentes relaciones de aspecto, e incluso con nuevos procedimientos experimentales, tales como, la velocimetría láser.

Son conocidas del estado de la técnica columnas termogravitacionales cilíndricas, como por ejemplo las divulgadas en los documentos de patente US2852578A, GB725754A, GB725753A y US2723033A. Sin embargo, en dichas columnas no se puede obtener el coeficiente DT (coeficiente de difusión térmica del fluido) para obtener el coeficiente de Soret, por no estar dentro de los límites de la teoría FJO (teoría “FURRY, JONES Y ONSANGER”) . Las columnas que se encuentran dentro de los límites de la teoría FJO, permiten la posibilidad de determinar el coeficiente de termodifusión ES 2 386 309 Al DT a partir de las medidas de separación estacionaria, además de poder determinar el grado de separación del fluido a analizar.

En el artículo “Thermodiffusion coefficients of binar y and ternar y hydrocarbon mixtures”, P. Blanco, M. M. Bou-Ali, J. K. Platten, D. Alonso de Mezquia, J. A. Madariaga and C. Santamaría, J. Chem. Phys. 132, 114506 (2010) , se divulga una columna con la que si se puede determinar el coeficiente DT de un fluido, ya que se encuentra dentro de los límites de la teoría FJO, pudiéndose determinar el coeficiente de difusión térmica de dicho fluido. Sin embargo, dicha columna es plana y presenta el inconveniente, por ejemplo, de tener un gran tamaño que implica la necesidad de emplear una cantidad elevada (y costosa) de fluido biológico a analizar.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la invención es proporcionar una microcolumna termogravitacional cuya relación de aspecto permite estar dentro de los límites de la teoría FJO, pudiendo así, determinar el coeficiente de difusión térmica (también conocido como coeficiente de termodifusión) de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos como biológicos, tal y como se describe en las reivindicaciones.

La microcolumna termogravitacional de la invención se emplea para determinar el coeficiente de difusión térmica de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos como biológicos. Dicha microcolumna comprende una cámara donde se dispone el fluido biológico a analizar, que se dispone en posición sustancialmente vertical, una tapa a cada lado de la cámara, soportando ambas tapas diferentes temperaturas, de tal manera que existe un gradiente de temperatura entre ambas caras de la cámara, una placa base que comprende la cámara, un medio transparente dispuesto a cada lado de la cámara, estando la cámara delimitada por la propia placa base y los medios transparentes, y al menos un orifico de visualización para poder visualizar dicha cámara desde el exterior a través de al menos uno de los medios transparentes.

De esta manera se puede conseguir una microcolumna de reducidas dimensiones, con una cámara de reducidas dimensiones, siendo necesario el empleo de menos fluido biológico que con las microcolumnas conocidas hasta la fecha, que en general tiene un coste muy elevado, favoreciendo la utilización de dichos fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos como biológicos. Así, el campo o abanico de posibilidades en las que enfocar la utilidad de esta invención es muy extenso. Por ejemplo, desde el punto de vista médico, la importancia de la termodifusión en fluidos biológicos, como el ADN, radica en el conocimiento del comportamiento de éste a la exposición de gradientes de temperatura. De esta manera se podrían optimizar los sistemas actuales de PCR (“Polimerase Chain Reaction”) . Además, los resultados obtenidos con la microcolumna 100 de la invención ayudarían a contrastar los resultados de la termodifusion de los sistemas coloidales obtenidos mediante la...

1. Microcolumna termogravitacional para determinar el coeficiente de difusión térmica de fluidos biológicos y fluidos coloidales sintéticos y biológicos, caracterizada porque comprende una cámara (10) donde se dispone el fluido a analizar, que se dispone en posición sustancialmente vertical, una tapa (15) a cada lado de la cámara (10) , soportando ambas tapas (15) diferentes temperaturas, de tal manera que existe un gradiente de temperatura entre ambas caras de la cámara (10) , una placa base (1) que comprende la cámara (10) , un medio transparente (13) dispuesto a cada lado de la cámara (13) , estando la cámara (10) delimitada por la propia placa base y los medios transparentes (13) , y al menos un orifico de visualización (14a, 15a) para poder visualizar dicha cámara (10) desde el exterior a través de al menos uno de los medios transparentes (13) .

2. Microcolumna según la reivindicación 1, en donde cada medio transparente (13) es transparente ópticamente y conductor térmico.

3. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada medio transparente (13) se corresponde con una placa de zafiro.

4. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un medio de presión (14) para cada medio transparente (13) , dispuesto entre una tapa (15) y el medio transparente (13) correspondiente.

5. Microcolumna según la reivindicación 4, en donde la placa base (1) comprende una cavidad (19) a cada lado de la cámara (10) , donde se disponen los medios transparentes (13) , comprendiendo cada medio de presión (14) una forma sustancialmente de “T”, con una primera sección (14b) central que se dispone en la cavidad (19) correspondiente para presionar sobre el medio transparente (13) correspondiente, y una segunda sección (14c) transversal que se fija a placa base (1) .

6. Microcolumna según la reivindicación 5, en donde la placa base (1) comprende al menos un orificio lateral (17) que comunica al menos una cavidad (19) con el exterior.

7. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en donde las tapas (15) , los medios de presión (14) y la placa base (1) están unidos entre sí, estando los medios transparentes (13) aprisionados entre la placa base (1) y los medios de presión (14) correspondientes.

8. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la placa base (1) es de un material polimérico.

9. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de presión (14) son de cobre.

10. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de presión (14) y las tapas (15) comprenden al menos un orificio de visualización (14a, 15a) respectivo superpuestos, de tal manera que se puede visualizar la cámara (10) desde el exterior.

11. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la placa base (1) comprende al menos un orificio (11, 12) pasante que comunica la cámara (10) con el exterior, para poder introducir el fluido biológico en dicha cámara (10) desde el exterior.

12. Microcolumna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada tapa (15) comprende un circuito (15e) donde se introduce un fluido auxiliar, comprendiendo dichos fluidos auxiliares de una tapa (15) y de la otra diferentes temperaturas, obteniéndose el gradiente de temperatura mediante dichos fluidos auxiliares.

Fig. 1

Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4 Fig. 5

Fig. 6 Fig. 7

Fig. 8

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