Desarrollo y evaluación de un analizador compacto de impedancias para aplicaciones médicas y biológicas

Abstract

La espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) es una herramienta poderosa de análisis cuyas aplicaciones son diversas. En el ámbito biomédico su utilidad ha sido demostrada a través de los últimos años con el incremento significativo del número de investigaciones y publicaciones realizadas. Sin embargo, a pesar de ello y del gran potencial para realizar investigación y desarrollo de la técnica, a nivel local, sus aplicaciones son prácticamente inexistentes. Posiblemente, la principal limitación para desarrollar esta línea de investigación es la falta de equipos adecuados, los mismos que tienden a ser muy costosos y complejos. Este trabajo pretende aportar a la reducción de estas limitaciones mediante el desarrollo y puesta en operación de un espectrómetro de impedancias compacto, con capacidad multi-electrodo, altamente configurable y de costo considerablemente menor comparado con el de los equipos comerciales similares. Aunque un instrumento de estas características posee un rango muy amplio de posibilidades, para este trabajo se ha realizado la validación y determinación de las mejores condiciones para ser utilizado específicamente en microbiología de impedancias, es decir, la caracterización de microorganismos a través del estudio de las variaciones de la impedancia del medio de cultivo sobre el cual se desarrollan en condiciones controladas. El instrumento que se ha desarrollado puede adecuarse a las condiciones específicas de diversas aplicaciones, además de permitir su actualización, mejora o modernización, su adaptación para la realización de otros experimentos o el añadido de nuevas funcionalidades. Todo esto sin necesidad realizar gastos significativos. El equipo ha sido probado satisfactoriamente para estudiar primeramente el comportamiento temporal de la impedancia del medio de cultivo TSB (Tryptic Soy Broth) y el posterior efecto que se produce por la inserción de una cepa de E. Coli. Asimismo, también ha permitido evaluar las variaciones de la impedancia del mismo medio de cultivo contaminado con otros microorganismos como bacilos esporulados y cocos ambientales. Para ello, ha sido necesario establecer un arreglo experimental y un procedimiento adecuado para garantizar los mejores resultados. Los detalles sobre el procedimiento y arreglo experimental utilizado también son explicados.

Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) is a powerful analysis tool whose applications are diverse. In biomedical applications, its usefulness has been demonstrated in recent years by the significant increase in the number of investigations and publications carried out. However, despite this and the great potential to carry out research and development of the technique, at the local level, its applications are practically non-existent. Probably, the main limitation to develop this kind of research is the lack of adequate equipment, which usually to be very expensive and complex. This work aims to contribute to the reduction of these limitations by developing and putting into operation a compact impedance spectrometer, with multi-electrode capacity, highly configurable and considerably lower cost compared to similar commercial equipment. Although an instrument of these characteristics has a very wide range of possibilities, for this work the validation and determination of the best conditions to be used specifically in impedance microbiology has been carried out, that is, the characterization of microorganisms through the study of variations in the impedance of the culture medium on which they develop under controlled conditions. The instrument that has been developed can be adapted to the specific conditions of various applications, in addition to allowing its updating, improvement or modernization, its adaptation for the performance of other experiments or the addition of new functionalities. All this without the need to make significant expenses. The equipment has been successfully tested to study first the temporal behavior of the impedance of TSB (Tryptic Soy Broth) medium and the subsequent effect that is produced after the insertion of an E. Coli sample. Likewise, it has also allowed to evaluate the variations in the impedance of the same medium but contaminated with other microorganisms such as sporulated bacilli and environmental coccus. For this, it has been necessary to establish an experimental arrangement and an adequate procedure to guarantee the best results. Details about the procedure and experimental arrangement used are also explained.