INSTRUMENTO DE ELECTROFORESIS CAPILAR PORTÁTIL SEMIAUTOMÁTICO.

Esta invención consiste en un equipo de electroforesis capilar portátil (P-CE).

Cuenta con un sistema de baterías que le aportan autonomía y está fabricado en el interior de un maletín de 35 x 45 x 15 cm. Es un equipo de electroforesis capilar asistido por presión externa proporcionada por la bomba de una bicicleta capaz de suministrar hasta 40 bares. La presión, al provenir de la bomba, no requiere consumo eléctrico, lo que prolonga el tiempo de uso del instrumento que trabaja con baterías.

Instrumento de electroforesis capilar portátil semiautomático.

La presente invención consiste en un instrumento de electroforesis capilar portátil (P-CE) . Actualmente existen 6 instrumentos de electroforesis capilar de los cuales únicamente uno es totalmente automático. En esta invención se presenta, por primera vez, un sistema de presión para el llenado del capilar y la inyección de muestras que no depende de baterías y no consume energía eléctrica. Además, cuenta con un sistema de inyección por contrapresión que tampoco consume energía.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención tiene su campo de aplicación dentro del área de la Química Analítica. En particular, esta invención se refiere al diseño de un instrumento P-CE semiautomático alimentado por baterías.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La electroforesis capilar tradicional se introdujo en los años 60 y se basa en el movimiento de los analitos eléctricamente cargados en un medio conductor bajo la influencia de un campo eléctrico. El movimiento de los analitos depende de su tamaño y de su carga. Desde su introducción hasta la actualidad, los instrumentos de electroforesis capilar han evolucionado y han ido incorporando mejores y más potentes fuentes de alto voltaje, capilares de sección más uniformes y de mejores materiales y una gran variedad de detectores. Además, se han convertido en instrumentos mucho más versátiles y prácticos. Sin embargo, no dejan de ser instrumentos de análisis de laboratorio, grandes y pesados.

Aunque no existe una tendencia marcada hacia el desarrollo de equipos de electroforesis capilar miniaturizados y/o portátiles, el desarrollo de este tipo de instrumentos portátiles presenta ventajas muy importantes. Entre ellas, la más importante es que estos instrumentos son independientes de la infraestructura del laboratorio y pueden utilizarse en cualquier parte, preferiblemente lo más cerca posible del punto dónde se recoge la muestra. Esto presenta dos ventajas adicionales. Por un lado, se evita la degradación de la muestra en su transporte y almacenamiento. Por otro lado, se tiene una disponibilidad inmediata de los datos y se pueden tomar decisiones inmediatas en el lugar de recogida de la muestra. Los instrumentos portátiles de análisis, además, reducen el número de muestras necesarias y, por lo tanto, los gastos económicos y de tiempo [1]. Por regla general, se entiende que un objeto es portátil cuando es movible y fácil de transportar. Además, debe ser capaz de transferirse o adaptarse a lugares alterados. En términos de instrumentación científica, un instrumento portátil puede emplearse fuera del laboratorio sin necesidad de conectarse a una fuente de alimentación principal. También debe ser, en cierto modo, miniaturizado y fácil de posicionar [2].

Aunque las ventajas de un instrumento portátil son muchas, la industria de P-CE es prácticamente inexistente y, hasta la fecha, se reduce a una única compañía comercial [3]. A pesar de ello, desde hace menos de 15 años, se han desarrollado algunos P-CEs que se han aplicado a diferentes campos de la Química Analítica. El primer P-CE del que se tiene constancia se publicó en 1998 y se fabricó por T. Kappes y P. C. Hauser [1]. El instrumento consistió en una caja de PVC de 340 x 175 x 175 mm y con un peso de 7.5 kg. Contaba con una fuente de alto voltaje, capaz de proporcionar hasta 30 kV tanto en polaridad positiva como negativa y con dos baterías de plomo y ácido capaces de alimentar al P-CE casi 5 horas, dependiendo de las condiciones de trabajo. En este estudio, la detección se llevó a cabo mediante un detector potenciométrico fabricado en el laboratorio, conectado a través de un conversor analógico-digital a un ordenador mediante un conector tipo RS232. Posteriormente, a este P-CE se le añadieron un detector amperométrico [4] y detector conductimétrico [5], también fabricados en el laboratorio y comunicados con el ordenador de recogida de datos mediante el mismo conversor analógico-digital. De esta manera, se podía elegir el detector más apropiado dependiendo de los analitos de interés.

Desde este último trabajo tuvieron que pasar 6 años hasta que se volvió a publicar un trabajo en el que se empleó un P-CE. En el año 2007 Josep P. Hutchinson y col. [6] publican el primer trabajo en el que se emplea el CE-P2, el primer P-CE comercial, de la casa CE Resources. Este equipo tiene unas dimensiones de 320 x 230 x 150 mm, pesa en torno a 8 kg y tiene una autonomía de 3 horas. Sin embargo, puede utilizarse de manera alternativa conectado a una toma de corriente mediante un transformador. Permite tanto inyección electrocinética como por presión (de 0 a 25 psi) y es capaz de trabajar a 15 kV en ambas polaridades. Puede conectarse mediante puertos RS232, USB y TCP/IP al ordenador de recogida de datos y puede combinarse con la mayoría de los detectores disponibles en el mercado. Con este P-CE se llevaron a cabo dos trabajos consecutivos en los que se analizó el contenido de iones inorgánicos en residuos de explosión con dos detectores diferentes: un detector fotométrico de LED fabricado en el laboratorio y un detector de conductividad sin contacto con acoplamiento capacitivo (C4D) comercial [2, 7].

En 2009, Andrus Seiman y col. [8] desarrollaron un nuevo P-CE. Sus dimensiones eran 330 x 180 x 130 mm y pesaba menos de 4 kg. Incorporaba dos fuentes de alto voltaje de +25 kV y -25kV, respectivamente, y tenía una autonomía mínima de 4 horas. Tenía un detector de conductividad sin contacto con acoplamiento capacitivo fabricado en el laboratorio, pero similar a uno comercial. La comunicación con el ordenador se llevaba a cabo a través de un puerto RS-232. La inyección de la muestra se llevaba a cabo manualmente, utilizando una jeringa, a través de lo que los autores llamaron el “cross-sampler”, que consistía en una pieza de PMMA con dos canales perpendiculares. En uno de ellos se instalaban dos capilares de manera que quedaban separados en la zona central que formaban los dos canales. La separación entre ambos capilares determinaba la cantidad de muestra a inyectar. La introducción de la muestra en el capilar de separación se producía por el flujo electroosmótico laminar generado al encender la fuente de alto voltaje. Este era un sistema de inyección complejo que, debido a limitaciones en su propio diseño, permitía la entrada constante de muestra en el canal de separación mientras se producía la separación, lo que afectaba al nivel de la línea base. El mismo año, ese grupo de investigación desarrolló un sistema de inyección micro-fluídico digital [9]. En el inyector se podían colocar varias gotas de diferentes muestras. Después se sumergía el extremo del capilar en la gota conectada a tierra y se aplicaba voltaje para la introducción de la muestra. La separación se llevaba a cabo entre otra gota, esta vez de tampón, que estaba conectada a tierra, y el vial de salida. Un año después, en el 2010, el grupo de investigación publica un artículo en el que comparan 3 tipos de inyectores [10], entre los que se encuentra el “cross-sampler” descrito anteriormente. Los otros dos sistemas de inyección también se habían fabricado con PMMA. En este caso, los canales de inyección estaban colocados de manera horizontal o vertical y en cada modelo tenía una longitud diferente. De esta manera el canal horizontal tenía una longitud de 10 mm y el vertical era de 33 mm. Manualmente, con una jeringa, se inyectaba la muestra en el inyector y a continuación se procedía a la separación. El estudio concluyó que el “cross-sampler” era el inyector más apropiado para el trabajo en el campo, porque requería menos manipulación. Sin embargo, no se llevaron a cabo estudios cuantitativos porque ninguno de los tres dispositivos proporcionaban una buena reproducibilidad en el área de los picos. El grupo de investigación ha publicado un nuevo artículo en el año 2011 [11], pero en él no ha habido desarrollo instrumental del P-CE.

También en 2011, Miji Lee y sus colaboradores [12] publican un artículo en el que presentan un nuevo P-CE. Con unas dimensiones de 440 x 270 x 130 mm y con un peso de unos 8 kg, es el primer P-CE con un sistema de detección de fluorescencia inducida por láser construido en el laboratorio. El equipo estaba controlado a través de USB usando LabView 8.2. Las inyecciones de las muestras se llevaron a cabo de manera manual con un jeringa y las separaciones se realizaron usando una fuente de alto voltaje capaz de trabajar entre 0.01 y 10 kV.

En 2011, Petr Kubáň y sus colaboradores [13] desarrollaron un nuevo P-CE de 300 x 300 x 150 mm y con un peso de 5 kg. Tenía una fuente de alto voltaje capaz de trabajar a -25 kV. Los extremos del capilar se...

1. Instrumento de electroforesis capilar portátil (P-CE) semiautomático caracterizado porque comprende:

a. Una caja de aluminio que contiene tres baterías.

b. Una fuente de alto voltaje positiva y otra de alto voltaje negativa.

c. Un circuito de control automático del instrumento que contiene un Arduino nano.

d. Un circuito de excitación del detector.

e. Un circuito de rectificación, amplificación y filtrado de la señal del detector.

f. Una placa CoolDrive® para el control de las válvulas.

g. Un registrador de datos de alta resolución.

h. Un circuito regulador de voltaje de las baterías.

i. Un panel de control con LEDs indicadores de funcionamiento, interruptores de encendido/apagado y cambio entre fuentes de alto voltaje, y tres conectores LEMO

2. Instrumento, según la reivindicación 1, caracterizado por su portabilidad, su funcionamiento con baterías, usando componentes de bajo consumo eléctrico y un sistema de presión independiente de fuentes de energía, con un colector controlado automáticamente y una interfase para controlar la distribución de las diferentes disoluciones de trabajo y los diferentes modos de trabajo.

3. Instrumento, según la reivindicación 1, caracterizado por el uso de componentes que no consumen energía eléctrica como sistema de presión e inyección.

4. Instrumento, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado por el uso del sistema de presión alimentado por una bomba de llenado de las amortiguaciones de las bicicletas.

5. Instrumento, según la reivindicación 1, caracterizado por el uso del colector automático que permite el lavado y la inyección con hasta 4 disoluciones diferentes de manera automática.

6. Instrumento, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado por el uso de un sistema de inyección basado en el empleo de una interfase para combinar conjuntamente el capilar, el electrodo conectado a tierra y la entrada y la salida de disolventes y muestras.

7. Instrumento, según la reivindicación 5, caracterizado por una salida conectada a una válvula automática para el control del lavado de la interfase, el lavado del capilar o la inyección.

8. Instrumento, según la reivindicación 1, caracterizado por el uso de Arduino para el control automático del instrumento.

9. Instrumento, según la reivindicación 1, caracterizado por el empleo del P-CE en el análisis de muestras medioambientales, forenses, de alimentos y de otras muestras para las que el transporte de instrumentación analítica sea necesario.