ES2222807B1 - Equipo automatico de exposicion biologica a la radiacion ultravioleta y metodo para realizar dicha exposicion. - Google Patents
Equipo automatico de exposicion biologica a la radiacion ultravioleta y metodo para realizar dicha exposicion.Info
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Abstract
Equipo automático de exposición biológica a la radiación ultravioleta y método para realizar dicha exposición. La invención se refiere a un dispositivo capacitado para realizar de forma automática mediciones de radiación UV (Ultra Violeta) sobre la biosfera, a través del empleo de biosensores, de forma que la automatización de estos ensayos aporta numerosas ventajas respecto a los métodos manuales de medición. El equipo automático de exposición biológica comprende una carcasa cilíndrica que aloja a un biosensor o biofilm circular el cual queda cubierto por una tapa superior, así como medios de accionamiento de dicha tapa y medios electrónicos programables, de modo que en base a unos tiempos preestablecidos una ventana dispuesta en dicha tapa, expone de forma secuencial a la radiación UV determinadas zonas del biofilm. La invención también se refiere a un método para llevar a cabo exposiciones a la radiación UV sobre un biosensor. La invención principalmente está relacionada con el sector dela técnica relativo a la instrumentación de medición UV.
Description
Equipo automático de exposición biológica a la
radiación ultravioleta y método para realizar dicha exposición.
La presente invención se refiere a un dispositivo
capacitado para exponer de forma automática y controlada, un
material sensor a una radiación o fuente de energía que se desea
cuantificar. De forma más concreta, el dispositivo está
especialmente destinado a realizar de forma automática mediciones de
radiación UV (Ultra Violeta) sobre la biosfera y en particular sobre
seres vivos, a través del empleo de biosensores. La automatización
de estos ensayos aporta numerosas ventajas respecto a los métodos
manuales de medición.
La invención también se refiere a un método para
llevar a cabo exposiciones a la radiación UV sobre un biosensor.
El notable incremento de la radiación
ultravioleta UV emitida por el sol que alcanza la superficie
terrestre, implica una creciente necesidad de disponer la
instrumentación necesaria para llevar a cabo una efectiva medición
de este tipo de radiación para determinar sus efectos a nivel
celular y molecular en los seres vivos y en la biosfera.
La medición de radiación UV se basa en técnicas
de dosimetría biológica en las que se emplea material biológico
dispuesto sobre un film, constituyendo un biosensor. La radiación UV
a la que está expuesta el material biológico provoca alteraciones o
daños sobre el mismo, como puede ser la muerte de las bacterias, y
que puede ser cuantificado tras un revelado posterior del biofilm,
permitiendo conocer así el grado de radiación UV al que ha sido
expuesto dicho material biológico.
A este respecto, la patente alemana
DE-4039002 del titular DLR (Deutsches
Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V.) describe un
biosensor de estas características, así como un método para la
detección biológica de radiación UV utilizando dicho biosensor.
Convencionalmente las mediciones de radiación UV
se realizan con unidades manuales mediante apertura manual de cada
campo de exposición en el biofilm, normalmente 20 campos circulares
sucesivamente, y cerrándolo después del tiempo de exposición
previamente calculado para alcanzar una dosis UV determinada. Para
el cambio de campo se utiliza un reloj cronómetro. La calibración se
realiza de forma similar, es decir con una unidad manual en la que
están definidos 7 campos, que se van exponiendo a una fuente de luz
UV-C (rango C del espectro ultravioleta), por
apertura sucesiva, según los tiempos de calibración previamente
calculados.
La problemática que plantean estos equipos es la
plena dedicación de una persona durante el proceso de medida, a
veces durante un período temporal prolongado (8 - 9 horas), y en
caso de realizar una campaña en varias estaciones de medida
simultáneamente el personal necesario generalmente no está
disponible. La precisión de las medidas no es suficientemente
satisfactoria.
La invención proporciona un equipo automático de
exposición de un material sensor a una radiación o fuente de energía
que se desea cuantificar. En particular la invención permite la
exposición automática de una material biológico a la radiación UV,
con objeto de sustituir a las unidades manuales existentes hasta
ahora, y posibilitar el estudio de tendencias en la climatología UV
o en el impacto de la radiación UV sobre la Biosfera (personas,
plantas, animales, ecosistemas, etc.).
El equipo automático de exposición biológica
comprende una carcasa cilíndrica que aloja a un elemento sensor
sensible a la radiación que se pretende cuantificar. En concreto,
dicho elemento sensor consiste en un biosensor o biofilm circular el
cual queda cubierto por una tapa superior intercambiable, así como
medios de accionamiento de dicha tapa y medios electrónicos
programables, de modo que en base a unos tiempos preestablecidos una
ventana dispuesta en dicha tapa, expone de forma secuencial a la
radiación UV determinadas zonas del biofilm.
La invención permite además realizar con el mismo
equipo el proceso de medida por exposición y el proceso de
calibración, lo cual hasta ahora era imposible llevar a cabo con una
sola unidad.
Con todo ello, algunas de las ventajas más
relevantes de la invención son las siguientes:
Registro de radiación UV de forma automática y
continuada en zonas de estudio interesantes y de difícil acceso y
climatología (zonas montañosas), debido al reducido volumen y peso
de la unidad que permite su fácil portabilidad.
Correlación de tendencias estacionales
climatológicas UV con el proceso de disminución del ozono
estratosférico con el uso simultáneo de varios equipos automáticos
de exposición en varias zonas de medida.
Correlación con datos UV (MED, irradiancias UV)
registrados por biómetros conectados al equipo.
El equipo automático de exposición registra
automáticamente la radiación UV biológica efectiva con resolución
temporal. Hasta ahora no existe un instrumento que mida directamente
la efectividad biológica de la radiación UV y que registre con
resolución temporal la intensidad de la radiación UV en un período
temporal determinado (horas, días). Las técnicas de medida
convencionales con espectrorradiómetros y con radiómetros
optoelectrónicos permiten obtener una resolución temporal en la
medida UV, pero no un registro directo de la efectividad biológica,
mientras que los dosímetros biológicos UV (biosensores) aportan una
dosis efectiva biológica, pero sin resolución temporal. La
realización de medidas de forma manual, como se viene llevando a
cabo para la obtención de perfiles diarios de radiación UV biológica
efectiva (p.ej. Biofilm), no es aplicable para medidas rutinarias,
ni para medidas en zonas remotas que puedan tener interés
ecológico.
La presente invención supone por lo tanto un gran
avance en la automatización del sistema de medida, lo que permite
alcanzar una mayor precisión en la obtención de datos de irradiancia
UV, de forma independiente, en lugares inaccesibles para otro tipo
de instrumentación UV, sin necesitar la conexión a la red eléctrica,
ni a un ordenador, es decir, se consigue una mejora en la técnica de
exposición UV para biosensores.
El equipo automático de exposición, puede ser
utilizado para cuantificar cualquier otro tipo de radiación, energía
o fuente de luz, para lo cual tan solo habrá que reemplazar el
biofilm, por otro tipo de material sensible a la radiación o energía
que se desea medir, y programar el equipo de forma adecuada para ese
tipo particular de mediciones.
Un método para la exposición de un material
sensor a una radiación según la invención, consiste en disponer un
elemento sensor de forma circular alojado en una disquetera circular
donde permanece oculto de dicha radiación a excepción de una primera
zona de exposición localizada del mismo, la cual permanece expuesta
a dicha radiación durante un tiempo preestablecido, y desplazar
relativamente dicho elemento sensor y dicha disquetera de modo que
se oculta dicha primera zona de exposición y se abre una segunda
zona de exposición, repitiéndose esta secuencia un número
determinado de veces.
Este proceso puede repetirse de forma similar, en
una zona distinta y concéntrica del elemento sensor con objeto de
obtener más exposiciones a la radiación, por ejemplo para obtener
medidas de calibración. Para ello, se oculta a la radiación la zona
del elemento sensor utilizada previamente.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- muestra una sección longitudinal
del equipo objeto de la invención, en el que se ha representado la
tapa de exposición montada. En la porción inferior de la figura se
muestra una vista en planta superior del equipo.
La figura 2.- muestra un detalle ampliado de la
parte superior del equipo de exposición.
La figura 3.- muestra superiormente una vista en
alzado y sección de la tapa de exposición, e inferiormente una vista
en planta inferior de dicha tapa.
La figura 4.- muestra superiormente una vista en
alzado y sección de la tapa de calibración, e inferiormente una
vista en planta inferior de dicha tapa.
La figura 5.- muestra un diagrama esquemático las
funciones que llevan a cabo los medios electrónicos con los que
cuenta el equipo objeto de la invención.
La figura 6.- muestra una vista en perspectiva
del equipo objeto de la invención.
La figura 7.- muestra en perspectiva de las
principales partes de las que se compone el equipo objeto de la
invención.
La figura 8.- muestra una vista en perspectiva
del plato que sirve de soporte para el motor y ruedas dentadas de
las que dispone el equipo.
La figura 9.- muestra una representación de los
campos de exposición y los campos de calibración que se crean sobre
el biofilm tras la exposición a la radiación UV.
A la vista de las figuras puede observarse como
el equipo de exposición automática (1) comprende una carcasa
cilíndrica, que se divide en una carcasa superior (2) y una carcasa
inferior (3), las cuales son acoplables entre sí a través de una
tapa intermedia (6) alojada en el interior de dicho equipo (1), de
modo que esta tapa intermedia (6) determina una cámara superior (4)
y una cámara inferior (5). La carcasa superior (2) está fijada con
carácter desmontable sobre la tapa intermedia (6) a través de un
roscado perimetral (11), con la asistencia de una junta de
estanqueidad tórica (13) que garantiza la estanqueidad entre ambos
cuerpos.
La carcasa superior (2) y la tapa intermedia (6)
reposan sobre el borde superior de la carcasa inferior (3),
disponiéndose de una segunda junta tórica (14) que asegura la
estanqueidad en esa unión. Una falda perimetral (12) de la tapa
intermedia (6) sobresale de la carcasa (3) para cubrir la zona de
unión y contribuir así a la estanqueidad de la misma. La
estanqueidad del equipo (1) es fundamental dado que el mismo se
instala a la intemperie, por lo que es necesario proteger
adecuadamente los componentes mecánicos y electrónicos que aloja en
su interior, así como el biosensor.
La carcasa superior e inferior (2), (3), se fijan
mediante unos cangrejos (8) (elementos de fijación conocidos en el
estado de la técnica), que retienen ambos cuerpos presionándolos
entre sí, y que a su vez permiten su liberación mediante una simple
acción manual, de forma ya conocida en el estado de la técnica.
La carcasa inferior (3) forma inferiormente una
base (9) que determina una superficie plana mediante la cual el
equipo (1) se instala a la intemperie sobre una superficie adecuada.
Unos convencionales niveles de burbuja (32) permiten su instalación
en perfecta posición horizontal, para lo cual se cuenta además con
unos tornillos regulables (7) mediante los que se fija el equipo (1)
y se nivela su posición horizontal convenientemente. Como se puede
apreciar en la figura 1, los tornillos (7) se disponen según los
vértices de un triángulo equilátero para permitir una adecuada
nivelación del equipo (1).
La cámara superior (4) está destinada a alojar a
la placa electrónica (34) como se aprecia en la figura 7, así como a
un motor paso a paso (15) y los medios mecánicos que forman parte
del equipo. Por su parte la cámara inferior (5) aloja las baterías
(no representadas), existiendo lógicamente el cableado necesario
para alimentar al motor y placa alojados en la cámara superior (4) a
través de orificios existentes en la tapa intermedia (6).
Esta estructura tiene por finalidad el que la
placa electrónica (34), el motor paso a paso (15), las ruedas
dentadas (17) y (19), y el biosensor, permanezcan en todo momento
protegidos dentro de la carcasa superior (2), como por ejemplo
durante las tareas de mantenimiento en las que hay que reemplazar
las baterías una vez se ha agotado la energía de las mismas. Para
esta tarea, el operario tan solo tiene que liberar los cangrejos
(8), retirar la carcasa superior (2) y acceder a la cámara inferior
(5) donde se encuentran las baterías, sin que en ningún momento
algún elemento no deseado, como puede ser agua, polvo etc. pueda
acceder a la cámara superior (4).
En la parte superior de la carcasa (2) se dispone
de un plato soporte (16) el cual se apoya por su perímetro en el
interior de la carcasa superior (2) donde está fijado de forma
estable. En este plato soporte (16) está montado el motor paso a
paso (15), el cual a través de su eje (18) acciona una rueda dentada
pequeña (19) y ésta a su vez mueve una rueda dentada mayor (17) a la
que se encuentra engranada, y el cual puede girar respecto al plato
soporte (16) a través de su eje (35) y los correspondientes
rodamientos (20). La rueda dentada mayor (17) dispone en una cara
superior una serie de tetones (24) sobre un cuello (36), los cuales
sirven para transmitir su acción de giro sobre la tapa de exposición
(28) o sobre la tapa de calibración (21).
La parte superior de la carcasa superior (2) está
cerrada de forma permanente mediante una tapa base (29) también
circular, la cual permanece inmóvil y está fijada sobre el canto
perimetral de la carcasa (2) y además toca sobre el canto perimetral
del plato soporte (16) contribuyendo a su estabilidad.
La tapa base (29) dispone en su centro de un
orificio (44) por el cual pasa un cuello (36) sobre el cual se
disponen los anteriormente referidos tetones (24).
La carcasa superior (2) está cerrada por la tapa
de exposición (28), la cual es sustituida por la tapa de calibración
(21) durante el proceso de calibración. Ambas tapas (28) forma una
primera falda perimetral (37), y de modo análogo la tapa de
calibración (21) forma una segunda falda perimetral (38), de modo
que ambas tapas quedan superpuestas a la cara exterior de la carcasa
superior (2). La tapa de exposición (28) cuenta además con unos
tornillos de apriete (23), cuya utilidad es la de inmovilizar dicha
tapa durante el transporte del equipo, pero que permiten que la tapa
gire libremente durante su normal utilización.
La tapa de exposición (28) dispone de un primer
grupo de orificios (45) para la inserción de los tetones (24). La
tapa de calibración (21) disponen igualmente en su centro de un
segundo grupo de orificios (46) distribuidos circunferencialmente,
destinados a recibir a los tetones (24). Por estos medios, las tapas
(28) y (21) son giratorias por la acción del motor paso a paso (15)
y las correspondientes ruedas dentadas (19) y (17).
La tapa de exposición (28) o la tapa de
calibración (21), forman junto con la tapa base (29), una cavidad
plana y circular determinante de una disquetera (30) en la cual se
aloja el biofilm (no representado).
La tapa (28) como puede apreciarse especialmente
en la figura 3, dispone de una ventana circular (27) que se sitúa
descentrada y próxima al borde de dicha tapa (28), la cual tiene por
función permitir el paso de la radiación UV para que ésta alcance
una zona localizada del biofilm, determinando dicha zona un campo de
exposición a la radiación tal y como se describirá más adelante. La
ventana circular (27) está cubierta por un cristal de cuarzo (26)
del tipo Hearasil neutro para aislar el biofilm del exterior,
principalmente de la humedad pero sin alterar el paso de la
radiación UV.
Por su parte la tapa de calibración (21) dispone
de una ventana en forma de "C" invertida (21), es decir
semicircunferencial, destinada a permitir la exposición de zonas
localizadas del biofilm a la radiación UV durante el proceso de
calibración del mismo, tal y como se explicará más adelante. Esta
ventana en forma de "C" (21) está más próxima al centro del
biofilm que la ventana circular (27) de la tapa de exposición (28),
por lo que en el proceso de calibración se expone a la radiación UV
una zona del biofilm distinta a donde se crean los campos de
exposición.
La tapa de exposición (28) dispone en su cara
interna de una primera superficie anular (46) y una segunda
superficie anular (47), ambas concéntricas y recubiertas por un
fieltro de color negro. De manera similar, la tapa de exposición
(21) dispone en su cara interna de una tercera superficie anular
(48) y una cuarta superficie anular (49), también concéntricas y
recubiertas por un fieltro negro. De manera complementaria, la tapa
base (29) dispone en su cara interna de una quinta superficie anular
(31) y una sexta superficie anular (39) concéntricas y recubiertas
por un fieltro negro, de modo que estas dos ultimas superficies (31)
y (39) quedan enfrentadas o superpuestas respecto a las superficies
anteriormente referidas de las tapas (28) y (21) cuando están
montadas sobre el equipo (1) durante su utilización como puede
apreciarse en la figura 2.
El biofilm queda alojado en el intersticio
comprendido entre las superficies anulares (31) y (39) de la tapa
base (29), y las superficies anulares (46), (47) de la tapa de
exposición (28), o las superficies (46), (49) de la tapa de
calibración (21). De esta forma se consigue reducir la superficie de
rozamiento con el biofilm y al mismo tiempo mantener su estabilidad
durante el giro de la tapa de exposición (28) o la de calibración
(21).
Al mismo tiempo, la superposición de las
superficies (39) y (47) o (39) y (49) en función de si se utiliza la
tapa de exposición o de calibración, impiden que la radiación UV que
entra por la ventana circular (27) o por la ventana en "C"
(25), se desplace lateralmente por el interior de la disquetera (30)
y alcance indeseadamente a una zona del biofilm que no se desee
exponer a la radiación en ese momento e invalide los campos
restantes. Para este mismo efecto, las caras interiores de las
tapas (28), (21) y (29) también están recubiertas con fieltro negro
que impida la propagación de la radiación.
El biosensor o biofilm (no representado) consiste
en un disco transparente sobre el cual el material biológico está
depositado de forma uniforme. El biofilm se inserta en la disquetera
(30) formada por la tapa de exposición (28) o bien la tapa de
calibración (21) y la tapa base (29), y donde permanece estático. En
esta realización práctica se utilizan preferentemente los
biosensores desarrollados por el DLR (Instituto de Medicina
Aeroespacial de Colonia) descritos en la patente alemana
DE-4039002, sensibles especialmente en el rango
UV-B, que permiten determinar el daño realizado
sobre el ADN (y eritema piel).
El equipo permite realizar las medidas mediante
dos modelos distintos, la exposición temporal y la exposición por
radiación UV. En el modo de exposición temporal, el usuario fija los
intervalos de tiempo que duran las sucesivas exposiciones, para lo
cual se hace uso de un reloj de tiempo real (40), y el dato que se
obtiene es la dosis de radiación UV acumulada en el material
biológico en el tiempo preestablecido. El reloj de tiempo real,
permite la posibilidad de programar exposiciones incluso con varios
días de antelación.
En el modo de exposición por radiación UV, el
usuario fija un nivel de radiación UV, y el dato que se obtiene es
el tiempo que se ha tardado en alcanzar el nivel de radiación que se
había fijado.
En este modelo de exposición opcionalmente se
puede emplear un piranómetro para la correlación de datos,
consistente en un equipo exterior al equipo de exposición, y
mediante el cual el equipo calcula la radiación acumulada y la
compara con el límite fijado por el usuario.
Para el cálculo teórico de la distribución de
dosis eritémicas en un día despejado, se utilizan modelos de
transferencia radiactiva, como el de (Herman et.al. Zeng et.al.
1998), teniendo en cuenta además el nivel de saturación máximo UV
del biofilm (2 MED) y diferentes variables in situ, como la
concentración de ozono total, el nivel de aerosoles, altura sobre el
nivel del mar, latitud y longitud etc. Estos modelos sirven también
para obtener los tiempos de exposición necesarios para alcanzar cada
dosis UV, que se introducirán durante la programación previa de la
unidad automática antes de la exposición del biofilm. Finalmente, el
sistema de análisis de imágenes utilizado en el laboratorio para la
interpretación de las medidas obtenidas de exposición UV, permite
obtener la distribución real de dosis UV biológicas acumuladas
durante la campaña de exposición, proporcionando los datos
experimentales.
Durante el periodo que dura la exposición, cada
intervalo de 5 segundos se realiza la conversión de la señal
proporcionada por el piranómetro y se calcula la dosis UV acumulada
por minuto y con ésta la de toda la exposición.
A modo ilustrativo, a continuación se explica la
forma en la que opera el equipo para el cálculo de la radiación
UV:
La fórmula que proporciona el UV recibido es:
UV=\frac{0\text{.}141\cdot
\sum\limits^{N}_{i=1}(60\cdot k)\cdot
M_{i}}{210}
donde dada la resolución del
convertidor M_{i} = TENSION * 196/10000;
y
N es el nº de lecturas o
medidas y k el tiempo transcurrido entre
ellas.
En ella, sólo aparece una variable (TENSION), de
la que depende el valor UV obtenido. Dada la gran complejidad de
operación con números decimales es necesario pasar al primer término
la constante decimal. Igualmente las constantes que intervienen en
el cálculo del UV se trasladan al término de la izquierda, por esto
el dato de UV límite del PC debe tener un formato especial.
UV''=\frac{UV\cdot
210}{0\text{.}141}=\sum\limits^{N}_{i=1}(60k)\cdot TENSION\cdot
\frac{196}{10000}
El valor de UV siempre se da como valor entero
sin parte decimal.
En el desarrollo del programa, el
microcontrolador va tomando muestras cada 5 segundos, lo que supone
12 lecturas por cada minuto de la señal de tensión. Gracias a estos
valores, podemos hallar el valor medio de la señal que ha recibido
en ese minuto.
UV''_{min \
ut}=\frac{TENSION\cdot 60\cdot 196}{10000}=\frac{TENSION\cdot
147}{125}
A la dosis acumulada en un minuto se añadirá a la
dosis total acumulada en el campo. En el transcurso del programa el
equipo compara la dosis acumulada con el dato almacenado como UV
límite (UV'') para el modelo de exposición UV, o de guardarlo al
término de la exposición, para el temporal.
Durante el proceso de exposición, se utiliza la
tapa de exposición (28) de modo que toda la superficie del biofilm
está oculta a la radiación UV excepto el área circular que en un
periodo de tiempo determinado se encuentre justo debajo de la
ventana circular (27) y donde se establece por lo tanto un campo de
exposición a la radiación UV. Para realizar diversas medidas, la
tapa de exposición (28) se desplaza sucesivamente a determinadas
posiciones estables, para exponer nuevas áreas del biofilm a la
radiación definiendo así sucesivos campos de exposición. El tiempo
de exposición de cada campo está controlado por los medios
electrónicos según hayan sido programados por un operador.
El tiempo de exposición depende de la
climatología UV anual existente en el momento de la medida y pueden
variar desde 20 minutos por campo de exposición hasta 2 horas,
siendo el tiempo máximo total de exposición para el biofilm
(biosensor) utilizado en esta realización preferente de la
invención, hasta una semana (con filtros neutros).
El número de campos de exposición son
determinados por el operario mediante los medios electrónicos de
control del equipo. En este ejemplo de realización, el número de
campos que se exponen a la radiación solar es de 21, de los cuales
uno se anula por sobreexposición, ya que ese campo muerto o de
reposo es a partir del cual se inicia y acaban los desplazamientos
de la tapa de exposición (28).
Para el correcto procesamiento de las medidas
obtenidas con el biofilm, es necesario obtener además medidas
adicionales de radiación que permitan la posterior calibración del
mismo, tal y como es conocido en el estado de la técnica. El
análisis de las medidas de calibración se realiza posteriormente en
un laboratorio utilizando una fuente estándar de UV. En la presente
invención, las medidas de calibración se realizan utilizando
determinadas zonas del propio biofilm.
Para tomar las muestras de calibración, se retira
manualmente la tapa de exposición (28) y se reemplaza por la tapa de
calibración (21), para lo cual tan solo hay que colocar esta tapa
(21) de modo que los tetones (24) queden insertados en el grupo de
orificios (46) para que la misma pueda girar por la acción del motor
(15) y de las ruedas dentadas (17) y (19). La tapa de calibración
(21) es similar a la de exposición (28), salvo que ésta dispone de
la ventana en forma de "C" (25) para la exposición de los
campos de calibración.
El proceso de toma de medidas para la
calibración, la medida se realiza por acumulación de radiación.
Antes de iniciar las medidas de calibración, la zona del biofilm
donde se van a crear los campos de exposición se encuentran oculta
debajo de la tapa de calibración (21), bajo la zona no afectada por
la ventana en "C" (25). La tapa de calibración (21) gira un
determinado ángulo abriendo un primer campo de exposición durante un
tiempo de exposición determinado. Tras este tiempo, la tapa (21)
gira nuevamente abriendo un segundo campo de exposición, y
permitiendo al mismo tiempo que la radiación UV-C se
siga acumulando en el primer campo. El proceso se repite con los
siguientes campos, hasta completar siete campos de calibración. Con
sucesivos giros de la tapa (21), se cierra el primer campo que quedó
expuesto y así sucesivamente hasta cerrar todos los campos.
En la figura 9 se han representado los veintiún
campos de exposición (50) distribuidos circunferencialmente, y los
siete campos de calibración (51) que como se puede observar tienen
forma de segmento de corona circular.
Después de las campañas de campo en las que se
obtienen las mediciones de radiación UV, y las mediciones de
calibración, se extrae el biofilm del equipo automático para iniciar
su procesado en el laboratorio, donde se realiza una incubación (con
medio de cultivo para que se desarrollen las esporas de Bacillus
subtilis), una tinción, una fijación y un lavado posterior del
biofilm, para finalmente realizar la evacuación de datos con un
sistema de análisis en un ordenador.
La placa electrónica (34) está basada en un
microcontrolador junto con los necesarios dispositivos periféricos,
como son las memorias, puertos de comunicación, unidad de tiempo
real etc. Mediante una conexión (33) se establece la comunicación
entre la placa electrónica (34) con un equipo informático exterior,
como por ejemplo puede ser un ordenador personal. Igualmente se
puede disponer un conector BNC para la conexión con un piranómetro
UVB.
La figura 5 representa esquemáticamente las
funciones que realiza los medios electrónicos programables del
equipo de exposición, es decir, la placa electrónica (34). Una
unidad de tiempo real (40) proporciona la fecha actual y la hora al
microcontrolador (41) y en base a los cuales se determina el momento
exacto en el que debe producirse un giro de la tapa de exposición
(28) o de la tapa de calibración (21).
El sistema de adquisición de datos UV (42)
consiste en un piranómetro o biómetro de radiación UV ya conocido en
el estado de la técnica, que también proporciona su información al
microcontrolador (41). El piranómetro UVB-1 mide la
radiación UV-B (rango B del espectro ultravioleta)
según la sensibilidad del eritema de la piel, es decir la
irradiancia total del UV-B, recibida a través de la
radiación global. Su respuesta espectral es semejante a la del
eritema y a la del ADN, aplicándose en estudios climatológicos de
radiación UV sobre la biosfera (seres vivos, ecosistemas, etc.). La
intercomparación de los datos recogidos en campaña con datos
cuantificados biológicamente por medio de biosensores, como el
Biofilm, hace de él un complemento idóneo en estudios de impacto de
radiación UV, mejorando la aplicación de la dosimetría UV.
Para la introducción y registro de datos por
parte del usuario antes y después de los procesos de medida, se
dispone de un ordenador (43), a través del cual se programa a base
de comandos el modo de operar del equipo de exposición (1). Mediante
el ordenador (43) se selecciona el modelo de exposición temporal, el
modelo de exposición UV, el modo de calibración, selección del
número de campos a utilizar en la exposición, tiempo de exposición
de cada campo, día y hora en la que se debe iniciar la exposición,
se obtienen datos sobre el estado actual del equipo etc.
Asimismo, el usuario puede recuperar los datos
que se han obtenido durante la última exposición realizada, y
grabarlos en una memoria EEPROM, con objeto de disponer de estos
datos en caso de fallo de la alimentación de las baterías.
Opcionalmente el equipo puede incorporar un
dispositivo de control térmico que actúe en casos de temperaturas
extremas para garantizar la estabilidad de los datos y el correcto
funcionamiento del equipo. Este dispositivo de control térmico puede
consistir en cualquier sistema convencional. No obstante,
preferentemente se utiliza un simple pero efectivo diseño (no
representado en las figuras), formado por un sensor de temperatura y
un juego de resistencias metálicas de potencia que disipan gran
cantidad de calor (5.8º C/W). Estas resistencias calientan una placa
circular de aluminio (2mm de espesor x 73mm de radio) que reduce
mucho el consumo de energía, uno de los objetivos perseguidos, ya
que la alimentación se va a realizar mediante batería prácticamente
siempre.
El material empleado para la fabricación de la
estructura de la unidad es un acero inoxidable de la serie
F-300, designado "acero inoxidable 13 Cr", tipo
F-312, que no es tóxico y es resistente a
condiciones meteorológicas extremas. Para evitar la absorción de
calor se ha recubierto el equipo por una capa de pintura plástica de
color blanco para maximizar la reflexión del sol.
A la vista de esta descripción y juego de
figuras, el experto en la materia podrá entender que las
realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser
combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención.
La invención ha sido descrita según algunas realizaciones
preferentes de la misma, pero para el experto en la materia
resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas
en dichas realizaciones preferentes sin salir del objeto de la
invención reivindicada.
Claims (14)
1. Equipo automático de exposición de un material
sensor a una radiación caracterizado porque comprende:
un elemento sensor de forma circular alojado
dentro de una disquetera también circular mediante la cual está
parcialmente protegido de dicha radiación,
una apertura en dicha disquetera que permite el
acceso de la radiación hasta dicho elemento sensor en una zona
localizada del mismo,
teniendo capacidad de desplazamiento relativo
entre dicho elemento sensor y la disquetera en la que se encuentra
alojado,
medios electromecánicos para producir dicho
desplazamiento relativo, y
medios electrónicos programables para controlar
la acción de dichos medios electromecánicos.
2. Equipo según la reivindicación 1ª,
caracterizado porque el elemento sensor consiste en un
biofilm circular sensible a la radiación ultravioleta, y dicha
radiación es radiación ultravioleta UV.
3. Equipo según la reivindicación 1ª
caracterizado porque en dicho biofilm circular existen al
menos dos zonas concéntricas y diferenciadas para la obtención de
diferentes tipos de medidas por exposición a la radiación UV.
4. Equipo según la reivindicación 1ª
caracterizado porque dicha disquetera está formada por una
tapa base y una tapa superior intercambiable en función del tipo de
medida de radiación que se desea obtener, ya sea un proceso de
exposición o un proceso de calibración.
5. Equipo según la reivindicación 4ª
caracterizado porque la tapa superior consiste en una tapa de
exposición en la cual existe una ventana circular descentrada.
6. Equipo según la reivindicación 4ª,
caracterizado porque la tapa superior consiste en una tapa de
calibración en la que existe una ventana en forma de "C".
7. Equipo según las reivindicaciones 4ª a 6ª,
caracterizado porque la ventana circular y la ventana en
forma de "C" permiten el acceso de la radiación UV a zonas
localizadas y distintas del biofilm.
8. Equipo según las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque la tapa de exposición, la tapa de
calibración y la tapa base disponen de medios para impedir el
desplazamiento lateral de la radiación en el interior de la
disquetera a zonas no deseadas del biofilm.
9. Equipo según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque el biofilm y la tapa base son estáticos
y la tapa superior se desplaza sobre ellos.
10. Equipo según reivindicaciones anteriores
caracterizado porque los medios electromecánicos de
accionamiento consisten en un motor paso a paso que acciona unas
ruedas dentadas, que a su vez accionan la tapa superior para
producir su desplazamiento.
11. Equipo según las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque la disquetera conteniendo al biofilm,
los medios electromecánicos y los medios electrónicos programables
están alojados en una carcasa cilíndrica, la cual está cerrada
superiormente por dicha tapa superior y dispone de medios para su
fijación a la intemperie sobre una superficie adecuada.
12. Equipo según al reivindicación 11ª,
caracterizado porque la carcasa se compone de una carcasa
superior y de una carcasa inferior acoplables entre sí con carácter
desmontable, y dispone de una tapa intermedia en su interior que
separa dichas carcasas y define con ellas respectivamente una cámara
superior y una cámara inferior independientes entre sí, de modo que
la disquetera, los medios electromecánicos y los medios electrónicos
están alojados en la cámara superior y en la cámara inferior se
alojan unas baterías de alimentación del equipo.
13. Método para la exposición automática de un
elemento sensor a una radiación, caracterizado porque
consiste en disponer de un elemento sensor de forma circular alojado
en una disquetera circular donde permanece oculto de dicha radiación
a excepción de una primera zona de exposición localizada del mismo,
la cual permanece expuesta a dicha radiación durante un tiempo
preestablecido, y desplazar relativamente dicho elemento sensor y
dicha disquetera de modo que se oculta dicha primera zona de
exposición y se abre una segunda zona de exposición, repitiéndose
esta secuencia un número determinado de veces.
14. Método según la reivindicación 13ª
caracterizado porque se utiliza más de una zona concéntrica
del elemento sensor para su exposición a la radiación, ocultando la
zonas concéntricas anteriormente utilizadas.
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