ES2232020T3 - Metodo y dispositivo para realizar medidas cuantitativas de acumulaciones localizadas de particulas magneticas. - Google Patents

Abstract

Un aparato para emplear partículas magnéticas para la medida cuantitativa de partículas objetivo, cuyas partículas magnéticas y partículas objetivo se combinan para formar muestras magnéticas de complejos de partículas fijadas, cuyo aparato comprende: un sustrato móvil (12) en el que se depositan las muestras en patrones definidos; un magnetizador (31, 32, 33) para aplicar un campo magnético de corriente alterna a las muestras; elementos detectores (43) de campo magnético que tienen conductores (45) de señal de salida; un aparato (22, 23, 24, 25 y 14, 15, 16, 17) para mover dichas muestras en el campo magnético y en relación operativa con dichos elementos detectores que tienen señales resultantes de salida; y un procesador de señal (62, 64, 65, 66) que comprende elementos de procesador y de analizador para convertir dichas señales de salida de los citados elementos detectores con el fin de proporcionar una señal indicadora de la cantidad de dichas muestras contenida en un patrón.

Description

Método y dispositivo para realizar medidas cuantitativas de acumulaciones localizadas de partículas magnéticas.

Campo técnico

Este invento se refiere en general a la detección de la presencia de partículas magnéticas, y con carácter más particular a la medida cuantitativa de acumulaciones de dichas partículas por medio de la excitación magnética en c.a. y la detección inductiva de la amplitud de la oscilación resultante del momento magnético de las partículas a la frecuencia de excitación.

Técnica anterior

Se ha prestado mucha atención a las técnicas para determinar la presencia, y posiblemente el nivel de concentración, de partículas diminutas contenidas en una mezcla o solución de mayor tamaño en la que residen las partículas. En ciertas circunstancias, es deseable medir concentraciones muy pequeñas de determinados compuestos orgánicos. En medicina, por ejemplo, es muy útil determinar la concentración de una clase dada de molécula, usualmente en solución, que, o bien existe naturalmente en los fluidos fisiológicos (por ejemplo, en la sangre o en la orina), o que se ha introducido en el sistema viviente (por ejemplo, drogas o contaminantes).

Un concepto amplio usado para detectar la presencia de un componente particular de interés, al que se hace referencia como el analito, es el inmunoensayo, en el cual la detección de una especie molecular dada, a la que en general se hace referencia como el ligando, se lleva a cabo mediante el uso de una segunda especie molecular, a menudo denominada el antiligando, o el receptor, que específicamente se fija al primer compuesto de interés. La presencia del ligando de interés se detecta mediante la medida, o la deducción, bien directa o indirectamente, de la amplitud de la fijación del ligando al antiligando.

En la patente de EE.UU. Nº 4.537.861 (expedida a Elings y colaboradores) se expone una buena descripción de varios métodos de detección y medida. Esta patente está destinada a varias formas de llevar a cabo inmunoensayos homogéneos en una solución de una reacción de fijación entre un ligando y un antiligando que típicamente son un antígeno y un anticuerpo. La enseñanza de Elis consiste en crear un patrón espacial formado por un conjunto ordenado espacial de regiones separadas de material antiligando y material ligando dispersas para interactuar con el conjunto ordenado espacial de regiones separadas de material antiligando con el fin de producir una reacción de fijación entre el ligando y el antiligando en los patrones espaciales y con los complejos de partículas fijadas marcados con una característica física particular. Una vez que los complejos marcados de partículas fijadas se han acumulado en los patrones espaciales, el equipo se explora para proporcionar el inmunoensayo deseado. El explorador se puede basar en fluorescencia, densidad óptica, dispersión de la luz, color y reflectancia, entre otras propiedades.

Los complejos marcados de partículas fijadas se acumulan en segmentos de superficie especialmente preparados de acuerdo con la patente de Elis, o bien dentro de un conducto o contenedor ópticamente transparentes mediante la aplicación de campos magnéticos localizados a la solución en la que los complejos de partículas fijadas incorporan partículas portadoras magnéticas. Las partículas magnéticas tienen un intervalo de diámetros comprendido entre 0,01 y 50 micras. Una vez que los complejos de partículas fijadas se han acumulado magnéticamente dentro de la solución, se emplean las técnicas de exploración anteriormente descritas.

En el campo de la bioquímica se han usado durante mucho tiempo partículas magnéticas fabricadas de magnetita y un material de matriz inerte. Sus diámetros abarcan desde unos pocos nanómetros hasta unas pocas micras, y pueden contener del 15% al 100% de magnetita. Frecuentemente se les describe como partículas superparamagnéticas o, en el intervalo de tamaños mayores, como nódulos. La metodología usual consiste en recubrir la superficie de las partículas con algún material biológicamente activo que les haga fijarse fuertemente con objetos o partículas específicas microscópicas (por ejemplo, proteínas, virus, fragmentos de DNA). Las partículas luego se convierten en "asideros" mediante los que se pueden mover o inmovilizar los objetos usando un gradiente magnético, usualmente provisto mediante un imán permanente de gran intensidad. La patente de Elis es un ejemplo de marcado usando partículas magnéticas. Para este fin se dispone comercialmente de accesorios construidos especialmente que usan imanes de tierras raras y piezas polares de hierro.

Aunque estas partículas magnéticas se han usado en la práctica solamente para mover o inmovilizar los objetos fijados, se han hecho algunos trabajos experimentales en la utilización de las partículas como marcas para detectar la presencia del objeto fijado. Este marcado se hace usualmente mediante moléculas radiactivas, fluorescentes o fosforescentes que se fijan a los objetos de interés. Una marca magnética, si se puede detectar en cantidades suficientemente pequeñas, sería muy atrayente, porque las otras técnicas de marcado adolecen de diversas debilidades importantes. Los métodos radiactivos plantean problemas sanitarios y de evacuación. Son también relativamente lentos. Las técnicas fluorescentes o fosforescentes son limitadas en su precisión cuantitativa y en su intervalo dinámico, porque los fotones emitidos podrían ser absorbidos por otros materiales de la muestra. Véase la patente japonesa, documento 63-90765, publicada el 21 de abril de 1988 (Fujiwara y colaboradores).

Como la señal procedente de un volumen muy diminuto de partículas magnéticas es sumamente pequeña, ha sido natural que los investigadores hayan intentado construir detectores basados en interferómetros cuánticos supraconductores (en adelante SQUIDS). Es un hecho bien conocido que los amplificadores SQUID son los detectores más sensibles de campos magnéticos en muchos casos. Sin embargo, esta solución plantea varias dificultades sustanciales. Como los circuitos de captación del SQUID se deben mantener a temperaturas criogénicas, la muestra se debe enfriar para obtener un acoplamiento muy próximo a estos circuitos. Este procedimiento hace que las medidas sean inaceptablemente tediosas. La complejidad general de los SQUIDS y de los componentes criogénicos les hace generalmente inadecuados para usar en un instrumento de escritorio de bajo precio. Incluso un diseño basado en superconductores de "alto Tc" no supera por completo estas objeciones, e introduce varias dificultades nuevas (Fugiwara y colaboradores).

Han existido varias soluciones más tradicionales a la detección y cuantificación de las partículas magnéticas. En ellas ha estado involucrada alguna forma de magnetometría de fuerzas, en la que la muestra se sitúa en un gradiente magnético de gran intensidad y se mide la fuerza resultante que actúa sobre la muestra, típicamente mediante la vigilancia del cambio aparente de peso de la muestra cuando se cambia el gradiente. Un ejemplo de esta técnica es conocido por las patentes de Rohr 5.445.970 y 5.441.971. Una técnica más sofisticada mide el efecto de la partícula sobre la deflexión o vibración de un voladizo micromecanizado. (Baselt y colaboradores, Un biosensor basado en tecnología microscópica de fuerzas, Laboratorio de Investigación Naval, J. Vac. Science Tech. B., Volumen 14, Nº 2 (5 páginas) (abril 1996). Todas estas soluciones son limitadas en el sentido de que se basan en convertir un efecto intrínsecamente magnético en una respuesta mecánica. Esta respuesta debe distinguirse luego de una gran serie de otros efectos mecánicos tales como la vibración, la viscosidad y la flotabilidad.

Habría importantes aplicaciones para un instrumento de escritorio que fuese económico y funcionase a la temperatura ambiente, y capaz de detectar y cuantificar directamente cantidades muy pequeñas de partículas magnéticas.

Descripción del invento

Hablando en sentido amplio, el presente invento proporciona un método y un aparato para detectar y medir directamente acumulaciones muy pequeñas de partículas magnéticas (por ejemplo, magnetita) y por consiguiente, sus sustancias acopladas de interés.

El invento consiste esencialmente en un aparato para emplear partículas magnéticas con el fin de efectuar la medida cuantitativa de partículas objetivo, combinándose las partículas magnéticas y las partículas objetivo para formar muestras magnéticas de complejo de partículas fijadas, cuyo aparato comprende: un sustrato móvil en el que se depositan la muestras en patrones definidos; un magnetizador para aplicar un campo magnético de corriente alterna a las muestras; unos elementos detectores de campo magnético que tienen conductores de señal de salida; un aparato para mover dichas muestras en el seno del campo magnético y en relación operativa con dichos elementos detectores que tienen señales resultantes de salida; un procesador de señal que comprende elementos de procesador y analizador para convertir dichas señales de salida de los citados elementos detectores con el fin de suministrar una señal indicadora de la cantidad de dichas muestras contenidas en un patrón.

Las partículas magnéticas o nódulos se acoplan por métodos conocidos a las partículas objetivo, proporcionando de ese modo elementos de muestra magnética o complejos magnéticos de partículas fijadas. Un patrón bien definido de los elementos magnéticos de muestra se deposita en un sustrato plano. Luego se aplica un campo magnético de gran amplitud y de alta frecuencia para excitar las partículas de magnetita contenidas en esta muestra. Esto da lugar a que las partículas se comporten como un dipolo localizado que oscila a la frecuencia de excitación. Estos campos de la muestra se acoplan muy cerca de un conjunto ordenado de bobinas detectoras inductivas que se han fabricado en una configuración de gradiómetro. Esta configuración hace que las bobinas detectoras sean muy insensibles al campo uniforme y de gran intensidad que se usa para excitar la muestra. Además, la geometría de las bobinas se ha diseñado de manera que se corresponda con el patrón espacial de la muestra, con el fin de proporcionar una respuesta de gran intensidad que varíe claramente con las posiciones relativas de las bobinas. La tensión inducida a través de las bobinas detectoras se amplifica cuidadosamente y se trata en equipos de detección sensibles a la fase. Una captación inductiva del propio campo de excitación sirve como la señal de referencia al circuito detector de fase. La salida del detector de fase se filtra adicionalmente y luego se convierte en digital.

La amplitud de la señal se modula moviendo la muestra con respecto al conjunto ordenado de bobinas detectoras. Esto permite que se rechacen señales debido exclusivamente al desequilibrio de las bobinas, a la falta de uniformidad del campo de excitación, a diafonía en los circuitos, o a cualquier otra fuente de señal aparente que no se deba a la propia muestra. La forma digitalizada de la amplitud de señal con respecto a la posición de la muestra se compara con la forma de respuesta teórica usando técnicas apropiadas de ajuste de curvas. Esto proporciona una estimación muy precisa del contenido magnético de la muestra en presencia del ruido y la deriva inherentes al instrumento.

Breve descripción de los dibujos

El objeto, las ventajas y las características de este invento se percibirán con más claridad a partir de la siguiente descripción detallada, cuando se lea conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una versión de sobremesa del presente invento.

La Figura 2 es una vista a escala muy ampliada de una realización de las bobinas detectoras del invento de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista esquemática mecánica en perspectiva del invento de la Figura 1;

La Figura 4 es un diagrama esquemático eléctrico del invento de la Figura 1;

La Figura 4 A es una vista en planta a escala ampliada del sustrato que sujeta las bobinas detectoras de la Figura 1;

La Figura 4B es una vista en perspectiva de un blindaje metálico para el extremo de conexión del sustrato;

La Figura 5 es una vista en planta a escala muy ampliada de una realización alternativa de las bobinas detectoras del invento de la Figura 1; y

La Figura 6 es una forma de onda de la señal de la salida de las bobinas detectoras a medida que pasa por ellas el material que se va a medir.

Modo óptimo de realizar el invento

Refiriéndose ahora a los dibujos, y más particularmente a las Figuras 1 y 3 de los mismos, se muestra la realización preferida del invento.

I. Módulo lector

El módulo lector comprende varios subsistemas distintos, que son los siguientes: un control de movimiento de muestra que tiene un sustrato sobre el que residen las muestras magnéticas de complejo de partículas fijadas para su medida y que proporciona el movimiento relativo necesario dentro del sistema; un magnetizador, que aplica las señales de excitación a las muestras; unas bobinas detectoras que actúan como los medios de captación de señal para las señales generadas en las muestras; un circuito de excitación que suministra la corriente de excitación a las bobinas del magnetizador; un amplificador/detector de fase/digitalizador que se acopla a las bobinas detectoras para recibir y tratar las señales de salida de las mismas; y un chip de microordenador que proporciona comunicación bilateral entre el ordenador personal externo (en adelante PC) y el módulo lector.

A. Control de movimiento de muestra

Las partículas magnéticas se acoplan a las partículas objetivo por métodos convencionales para crear muestras magnéticas de complejos de partículas fijadas. Las partículas objetivo pueden incluir átomos, moléculas individuales y células biológicas, entre otras. Las muestras magnéticas de complejos de partículas fijadas se depositan en acumulaciones desde varias unidades hasta varios centenares de partículas en posiciones predeterminadas 11 cerca del perímetro del sustrato o disco 12 (Figura 3). Los medios por los que se forman los complejos de partículas fijadas y por los que se adhieren a los puntos predefinidos en el disco son bien conocidos y emplean tecnología estándar. El disco está montado en el eje axial 13 que se extiende hacia abajo hasta la rueda dentada 14. Un dispositivo rotatorio apropiado, tal como un motor paso a paso 16, tiene un eje 17 que se extiende desde el mismo con un miembro de engranaje helicoidal 15 en el extremo distal del mismo. El motor proporciona un movimiento de rotación controlado del disco 12 de acuerdo con las señales aplicadas desde el PC 66 a través de los cables 18. Por supuesto, si se desea puede usarse un acoplamiento inalámbrico entre el PC y el sistema del invento.

En la realización preferida, como se contempla actualmente, el disco 12 tiene aproximadamente 47 mm de diámetro y alrededor de 0,25 mm de espesor. Se puede hacer de vidrio, plástico o silicio, por ejemplo. Su intervalo de espesores, para fines funcionales prácticos, sería desde aproximadamente 0,1 mm hasta alrededor de 1,0 mm. En esta realización ejemplar particular, la rueda 14, que está unida al disco 12 por el eje 13, se hace girar mediante el motor 16 a través de una reducción de engranaje helicoidal de 120 dientes. Por supuesto, podrían emplearse dispositivos de accionamiento que tengan diferentes características particulares.

El magnetizador 21 se mueve linealmente con respecto al disco 12 mediante un dispositivo rotatorio, tal como un motor paso a paso 22, que tiene un tornillo de avance 23 de una vuelta por ciclo en el eje 24 de motor. Un saliente 25 está configurado con un orificio que tiene hilos internos de rosca a los que se acoplan los hilos de rosca en espiral del tornillo de avance. Las señales de control se aplican desde el microordenador 65 al motor 22 a través de los cables 26. De nuevo en este caso, las características específicas del mecanismo de accionamiento rotatorio se han expuesto únicamente a título de ejemplo. Se podrían usar otros elementos apropiados que tuviesen características diferentes.

B. Magnetizador

En la realización preferida, un núcleo toroidal 31 de ferrita (Figura 4), que en la realización particular que se describe tiene un diámetro de aproximadamente 30 mm, se forma con un entrehierro 32 que tiene una anchura de alrededor de 1,5 mm. Una bobina de excitación 33 está devanada como un solo estrato alrededor de 270º del toroide 31, simétrica con respecto al entrehierro. Un circuito cerrado 34 de realimentación rodea al cuerpo del toroide en un emplazamiento aproximadamente a 180º del entrehierro (en su lado opuesto), El circuito cerrado 34 puede estar en el exterior de la bobina 33 o entre la bobina 33 y el núcleo toroidal. Puede consistir en una pocas o muchas vueltas, según sea necesario y apropiado para la función de realimentación. El circuito cerrado de realimentación tiene por objeto detectar o representar el campo en el entrehierro 32 y permitir que el circuito de salida o de tratamiento de señal autocorrija por cosas tales como la desviación de temperatura. Se usa para aumentar la precisión, y no es esencial para el funcionamiento adecuado del sistema. El conjunto de magnetizador toroidal está fijado en un alojamiento aislante 35, que puede estar formado de fibra de vidrio. El alojamiento 35 tiene una ranura 36 correspondiente a la posición del entrehierro 32 (Figura 4), Esta ranura del entrehierro está conformada y configurada para recibir selectivamente al borde del disco rotatorio 12, y proporciona espacio para el sustrato de las bobinas detectoras, que se describe con detalle más adelante.

C. Bobinas detectoras

Haciendo referencia en particular a las Figuras 2, 4 y 4 A, un sustrato aislante 41 está fijado en la ranura 36 del alojamiento 35 y se extiende en el entrehierro 32. Unos tacos de unión 40, 42 se han provisto en el extremo proximal y unas bobinas detectoras 43 están fijadas en el sustrato junto al extremo distal del mismo. Preferiblemente, el sustrato se fabrica de zafiro o de silicio, y los elementos detectores son espiras delgadas de película de cobre. Se pueden usar técnicas estándar de fabricación de las películas delgadas para construir el sustrato y las bobinas detectoras, donde los conductores que entran y salen de cada bobina se encuentran en dos estratos diferentes. Por ejemplo, las trazas de entrada 49 se pueden tender en la superficie del sustrato por métodos estándar de tratamiento fotolitográfico, luego se pueden recubrir los conductores de entrada con un estrato de cuarzo pulverizado, después se hace una aplicación similar a las bobinas 43 y a los conductores de salida 44, y luego se puede añadir en la parte superior un estrato protector de cuarzo. Se usarían los medios usuales para la conexión entre estratos.

Las bobinas detectoras, que están conectadas en oposición en serie que crea una configuración de gradiómetro, se conectan a los tacos de unión 40, 42 mediante las trazas conductoras 44, 49, y desde allí a los circuitos de tratamiento de señal mediante los hilos 45 de par trenzado. Se emplea la disposición de par trenzado para ayudar a reducir la captación de señales parásitas o de interferencias.

En la forma de espiral mostrada en la Figura 2, las trazas de bobina tendrían aproximadamente 5 micras de anchura con un paso de aproximadamente 10 micras entre trazas de espiral. El espesor de las trazas de bobina detectora sería normalmente de alrededor de 1 micra. El diámetro de cada bobina completada es de aproximadamente 0,25 mm.

Haciendo que el sustrato 41 sea relativamente largo y estrecho, los tacos de unión 40, 42 se encuentran relativamente lejos del entrehierro del toroide, lo cual ayuda a minimizar la captación de señales parásitas en los conductores soldados 45. Se puede emplear un blindaje metálico 46 (Figura 4B) alrededor de la zona de unión para contribuir adicionalmente a la reducción de señales parásitas o a la captación de interferencias. El extremo (proximal) de conexión del sustrato se inserta en la ranura 50 después de haberse realizado las conexiones de los hilos. El blindaje consiste esencialmente en un trozo corto de un cilindro de paredes delgadas, típicamente formado de cobre. El blindaje proporciona un blindaje eléctrico y facilita la manipulación mecánica, pero no es esencial para el funcionamiento del sistema del invento.

En la Figura 5 se muestra una realización alternativa de las bobinas detectoras. La configuración plana de las bobinas 47 es un rectángulo alargado. Las dimensiones de las trazas son aproximadamente las mismas que para las bobinas de la Figura 2, y la anchura de la bobina compuesta es también de alrededor de 0,25 mm. La longitud de la bobina es de aproximadamente 1-2 mm, y las bobinas están conectadas a tacos de unión 52, 53 por medio de conductores 48, 51.

D. Circuito de excitación

El circuito de excitación magnética, mostrado en el lado izquierdo de la Figura 4, se ha construido alrededor de un par de amplificadores operacionales 54, 55 de alta intensidad de corriente y alta velocidad. Con la alimentación de energía eléctrica suministrada por el arrollamiento primario 56 de transformador, los amplificadores pueden suministrar más de aproximadamente un amperio de intensidad de corriente de excitación para magnetizar la bobina 33 de excitación a unos 200 KHz. Este circuito de excitación está muy equilibrado para minimizar la captación de ruido en modo común en los circuitos de detección de las bobinas 43, 47.

Un pequeño arrollamiento secundario 57 acoplado al circuito cerrado 34 alrededor de la bobina de magnetización suministra una tensión de realimentación a los amplificadores operacionales 54, 55 para sostener las oscilaciones a una amplitud y frecuencia bien reguladas. Este arrollamiento secundario 57 proporciona también una señal de referencia óptima para los circuitos detectores de fase, que se describen más adelante.

E. Amplificador/detector de fase/digitalizador

La base para estos circuitos es un amplificador integrado de instrumentación de bajo ruido, aunque se podría conseguir un rendimiento mejor contra los ruidos usando componentes discretos. El amplificador 61 está acoplado por transformador a las bobinas detectoras con el fin de reducir las señales de ruido de modo común, y de facilitar una forma conveniente para anular el desequilibrio en el magnetizador y en las bobinas detectoras. El acoplamiento por transformador es convencional, está situado en el amplificador 61, y no se muestra especialmente en este dibujo. El detector 62 sensible a la fase se ha diseñado también alrededor de un circuito integrado para uso especial. La salida del detector de fase se aplica al filtro de paso bajo 63 y luego se convierte en digital en el convertidor analógico/digital 64. El convertidor puede ser un convertidor sigma-delta de 20 bits de alta resolución, por ejemplo. Este chip convertidor tiene un rechazo excelente de zumbido a 60 y a 50 Hz, lo cual demuestra ser muy útil en la maximización de la sensibilidad del instrumento. Se trata de un item de existencia para entrega inmediata, disponible en varias fábricas.

F. Microordenador

El microordenador 65 incluye un chip microprocesador, tal como un Motorola HC11, y tiene un puerto incorporado que soporta comunicación serie bidireccional al PC 66 mediante la conexión al puerto serie del PC. Posee también partes especializadas para comunicación con el convertidor en serie 64 y con los motores paso a paso 16 y 22. Un lenguaje de comandos sencillos programado directamente en el microordenador 65 permite al PC enviar órdenes de ejecución y recibir respuestas y datos.

G. Interfaz humana

El PC proporciona las órdenes de ejecución operativas para el sistema del invento. Ejecuta el sistema a través de una interfaz RS232, por ejemplo, desde el microordenador.

II. Funcionamiento del sistema

De una manera sencilla y relativamente conocida, un patrón o conjunto de puntos bien definido de los complejos magnéticos de partículas fijadas que constituyen las muestras se deposita en el disco 12 en uno o más lugares 11 cerca de la periferia del mismo. De acuerdo con las señales de control procedentes del PC, el motor paso a paso 22 se activa para hacer girar al tornillo de avance 23 con el fin de desplazar al conjunto de magnetizador hacia el disco 12 de la muestra. Cuando una posición 11 de muestra cerca del borde periférico del disco 12 está alineada con las bobinas detectoras 43, 47 en el centro del entrehierro toroidal 32, el motor paso a paso 22 se para, y a la bobina 33 de excitación del toroide se aplica una señal de alta frecuencia (200 kHz) y de alta amplitud (1 amperio, por ejemplo). Entonces, una señal procedente del PC 66 activa el motor paso a paso 16 para girar el disco y de ese modo mover el punto de la muestra para que pase por las bobinas detectoras. De ese modo, el campo magnético de gran amplitud y alta frecuencia presente en el entrehierro 32, excita las partículas magnéticas de la muestra en el entrehierro. El diseño está destinado a excitar al toroide hasta la saturación, con el resultado de que el campo magnético contenido en el entrehierro tendrá una intensidad de alrededor de 1.000 Oersted. Entonces las partículas oscilan magnéticamente a la frecuencia de excitación, comportándose como un dipolo localizado. Dada la estrecha proximidad física de las partículas magnéticas a la bobina detectora, los campos magnéticos de la muestra se acoplan exactamente a las bobinas detectoras configuradas como gradiómetros. Debido a la configuración de gradiómetro de las bobinas detectoras, la salida de las bobinas detectoras como consecuencia del campo de excitación intenso y uniforme es sustancialmente nula o cero. Con el fin de obtener la respuesta más intensa posible, la geometría de las bobinas detectoras se configura de manera que se corresponda con el patrón espacial de las muestras. Es decir, los puntos del patrón de la muestra no tienen una dimensión transversal mayor de aproximadamente 0,25 mm. La señal de respuesta varía claramente con la posición relativa de la muestra y las bobinas.

La señal procedente de las bobinas detectoras en la presencia del campo de excitación y en la ausencia de una muestra sirve como la señal de referencia para la parte de tratamiento de señal del invento. A medida que la muestra se mueve pasando por una bobina detectora y luego por la otra, la fase de sus señales de salida de bobina se invierte 180º como se muestra en la Figura 6, proporcionando de ese modo una técnica de detección muy potente. La tensión inducida se amplifica mediante el amplificador 61 y se trata mediante el detector de fase 62. Esta señal se filtra, se convierte en digital y se pasa al PC a través del microordenador 65 para suministrar las señales de salida al PC. El indicador 67 puede ser cualquier tipo de dispositivo usable para suministrar información al operador del sistema. Podría ser un indicador visual, que transportase información numérica o gráficamente, o bien podría ser algún tipo de sistema con iluminación, o un indicador audible, o cualquier combinación de éstas o de otras indicaciones posibles.

La amplitud de la señal de salida se modula moviendo la muestra con respecto al conjunto ordenado de las bobinas detectoras. Esto permite rechazar las señales debidas exclusivamente al sistema y las entradas externas, y no debidas a la propia muestra. La forma digitalizada de la amplitud de la señal con respecto a la posición de la muestra se compara con la forma de respuesta teórica guardada en el PC 66 usando técnicas convencionales apropiadas de ajuste de curvas. El resultado de esta operación es una estimación muy precisa del contenido magnético de la muestra para la exclusión del ruido y deriva inherentes al instrumento.

Aunque se ha presentado anteriormente la realización preferida del invento, deberían mencionarse algunas alternativas. Se han mostrado dos formas de bobina detectora, pero probablemente existen otras configuraciones viables. El magnetizador se ha mostrado moviéndose con respecto al disco de la muestra, pero el disco y el motor paso a paso podrían configurarse de manera que se muevan con respecto al conjunto de excitación magnética, si se desea. El núcleo toroidal se ha mostrado con una sección transversal rectangular, pero son factibles otras formas. En cuanto al número de partículas de la muestra en un punto 11 sobre el disco 12, a título de ejemplo, un punto de 0,25 mm de elementos de muestra podría contener alrededor de 10 partículas magnéticas de un tamaño de cinco micras, o aproximadamente 1.200 partículas de un tamaño de una micra.

Claims (21)

1. Un aparato para emplear partículas magnéticas para la medida cuantitativa de partículas objetivo, cuyas partículas magnéticas y partículas objetivo se combinan para formar muestras magnéticas de complejos de partículas fijadas, cuyo aparato comprende:

un sustrato móvil (12) en el que se depositan las muestras en patrones definidos;

un magnetizador (31, 32, 33) para aplicar un campo magnético de corriente alterna a las muestras;

elementos detectores (43) de campo magnético que tienen conductores (45) de señal de salida;

un aparato (22, 23, 24, 25 y 14, 15, 16, 17) para mover dichas muestras en el campo magnético y en relación operativa con dichos elementos detectores que tienen señales resultantes de salida; y

un procesador de señal (62, 64, 65, 66) que comprende elementos de procesador y de analizador para convertir dichas señales de salida de los citados elementos detectores con el fin de proporcionar una señal indicadora de la cantidad de dichas muestras contenida en un patrón.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos elementos detectores son bobinas detectoras inductivas.

3. El aparato de la reivindicación 2, en el que dichos elementos detectores son dos de dichas bobinas detectoras espaciadas.

4. El aparato de la reivindicación 3, en el que dichas bobinas detectoras están conectadas en una configuración de gradiómetro.

5. El aparato de la reivindicación 3, en el que dichas bobinas detectoras son espirales circulares.

6. El aparato de la reivindicación 3, en el que dichas bobinas detectoras son de forma rectangular.

7. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos medios móviles proporcionan movimiento relativo en dos dimensiones entre dichas muestras y dichos medios de aplicación de campo magnético.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que dichos medios móviles comprenden:

un motor (22) y una disposición de tornillo (23, 24, 25) para mover los medios de aplicación de campo magnético linealmente con respecto a dicho sustrato móvil; y

una disposición de motor (14, 15, 16, 17) para mover dicho sustrato móvil y las muestras haciéndolos pasar por los medios de aplicación de campo magnético de una manera predeterminada.

9. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos medios para aplicar un campo magnético comprenden:

un núcleo toroidal (31) que tiene un entrehierro (32) en un lado;

una bobina (33) de excitación devanada alrededor de dicho núcleo y dejando libre dicho entrehierro; y

medios parea aplicar alimentación de corriente alterna a dicha bobina de excitación.

10. El aparato de la reivindicación 9, y que comprende además un circuito cerrado (34) de realimentación acoplado a dicho núcleo y a dicha bobina de excitación, conectándose la salida de dicho circuito cerrado de realimentación a dicho procesador (62) de señal para permitir que dicho procesador de señal autocorrija por influencias externas.

11. El aparato de la reivindicación 9, en el que dichos elementos detectores (43) están montados en un sustrato detector (41) en relación fija con dicho entrehierro y extendiéndose en el interior de dicho entrehierro.

12. El aparato de la reivindicación 11, en el que dichos elementos detectores son dos bobinas detectoras espaciadas fijadas en dicho sustrato detector y conectadas en una configuración de gradiómetro, cuyas bobinas detectoras están situadas en dicho entrehierro.

13. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho procesador de señal comprende:

un amplificador (61) acoplado a la salida de dichos elementos detectores;

un detector (62) sensible a la fase, conectado a dicho amplificador para acondicionar las señales de salida;

un convertidor analógico-digital (64) para convertir las señales de salida a la forma digital; y

medios de ordenador (65, 66, 67) para recibir dichas señales digitalizadas y convertirlas en una forma humana útil para el ser humano y para proporcionar señales de control a dicho aparato.

14. El aparato de la reivindicación 8, en el que:

dicho sustrato móvil es un disco sobre el que se pueden aplicar una pluralidad de patrones de muestras; y

dicho motor es un motor paso a paso destinado a hacer girar a dicho disco de acuerdo con las señales recibidas de dicho procesador de señal.

15. El aparato de la reivindicación 12, en el que dicho sustrato detector es alargado y tiene en su extremo proximal unos tacos (40, 42) de unión a los que están conectados unos conductores (44, 49) para las señales de entrada y salida de dichas bobinas detectoras que están fijadas en el extremo distal de dicho sustrato detector, cuyo sustrato detector comprende además un blindaje conductor (46) alrededor de dichos tacos de unión y de dicho extremo proximal del citado sustrato detector para reducir la captación de señales parásitas y de interferencias.

16. Un método para medir cuantitativamente partículas objetivo acopladas a partículas magnéticas para formar muestras magnéticas de complejos de partículas fijadas, cuyo método comprende las etapas de:

aplicar al menos un patrón de muestra (11) en un sustrato (12);

crear un campo magnético en un lugar predefinido adyacente a una bobina detectora inductiva;

mover el patrón de muestra a través del campo magnético de una manera predefinida para excitar las partículas magnéticas del patrón y producir oscilaciones del campo magnético en las mismas;

acoplar las oscilaciones del campo magnético de las partículas magnéticas a una bobina detectora inductiva;

detectar las tensiones generadas en la bobina detectora inductiva; y

medir la amplitud de dichas tensiones detectadas para determinar la cantidad de las partículas magnéticas oscilantes.

17. El método reivindicado en la reivindicación 16, en el que dicha etapa de detección se realiza mediante un par de bobinas detectoras (43) conectadas en una configuración de gradiómetro.

18. El método reivindicado en la reivindicación 16, en el que el sustrato es un disco rotatorio.

19. El método reivindicado en la reivindicación 18, en el que el campo magnético se crea en un entrehierro (32) en un núcleo toroidal (31) que tiene una bobina (33) de excitación devanada alrededor del mismo.

20. El método reivindicado en la reivindicación 19, y que comprende las etapas adicionales de:

aplicar grupos de patrones de muestra espaciados alrededor de al menos una parte de la periferia del disco;

mover la periferia del disco en el interior del entrehierro en el núcleo toroidal; y

hacer girar el disco para que los patrones de muestra atraviesen el entrehierro.

21. El método reivindicado en la reivindicación 16, en el que el campo magnético se crea en un núcleo toroidal (31) que tiene una bobina (33) de excitación devanada alrededor del mismo, y la etapa de conversión se realiza por medio de un procesador de señal, cuyo método comprende las etapas adicionales de:

aplicar una señal de excitación de corriente alterna a la bobina de excitación para crear el campo magnético;

realimentar una señal representativa de la señal de excitación de corriente alterna de la bobina de excitación al procesador (62, 64, 65, 66) de señal; y

corregir los errores en el procesador de señal resultantes de las influencias externas mediante el uso de la señal de realimentación.