ES2340134B1 - Reactor para el estudio y cultivo de biocapas. - Google Patents
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Abstract
Reactor para el estudio y cultivo de biocapas,
que comprende un vaso que se cierra por su parte superior con una
tapa provista de unas entradas para fluidos y unos orificios por
donde se insertan unos vástagos (9) que disponen de, al menos, un
sensor (10) removible, sobre el que se forma la biocapa, estando
relacionado dicho sensor (10) con una placa (11) de conexiones, para
la medición, desde el exterior del reactor, de parámetros físicos de
biocrecimiento de la biocapa que se forma sobre el sensor (10).
Description
Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas.
La presente invención está relacionada con el
estudio y crecimiento de biocapas en reactores de los utilizados en
laboratorios de investigación o emplazamientos análogos, proponiendo
un reactor que permite la realización de ensayos in vitro y
la monitorización en tiempo real (on-line) del
desarrollo de las biocapas que se forman en el sistema biológico
cultivado en el interior del reactor.
En los últimos años con el avance de las
técnicas microscópicas se ha acrecentado el interés por el estudio
de las biocapas, también conocidas como biopelículas o biofilms, y
como éstas impactan sobre el bienestar del ser humano y su entorno.
El objetivo de su estudio se basa en aprender las pautas de
comportamiento de las biocapas y encontrar el mejor modo para
explotarlas y controlarlas.
Las biocapas están presentes en diversos
sectores, como la medicina y la industria, por ejemplo, las biocapas
son la causa de la corrosión de cañerías en los depósitos de
petróleo, de la contaminación de los sistemas de agua potable, o las
infecciones asociadas a los dispositivos médicos como los catéteres.
No obstante, las biocapas también tienen usos positivos, como
remediar la pérdida de gasolina de tanques de almacenamiento
subterráneo.
Las biocapas son organizaciones microbianas
compuestas por microorganismos que se adhieren a las superficies
gracias a la secreción de un exopolimero. Estas conformaciones
microbianas presentan características como heterogeneidad,
diversidad de microambientes, resistencia a agentes antimicrobianos
y capacidad de comunicación intercelular, lo que las convierten en
complejos difíciles de erradicar de los ambientes donde se
establecen. La investigación ha demostrado que las bacterias de una
biocapa son diferentes a las bacterias individuales en suspensión,
las cuales han sido el foco de la mayoría de las pruebas de eficacia
antibacteriana hasta este momento.
Para el estudio de las biocapas son conocidos
los reactores en los cuales se lleva a cabo el crecimiento de la
colonia de bacterias que forman las biocapas, y los cuales son
utilizados para modelar diferentes entornos microbianos. Un método
de prueba para la cuantificación de una biocapa es el llevado a cabo
en un reactor de biocapa CDC (Centro para el Control y la Prevención
de Enfermedades) bajo condiciones de alto estrés de fricción y flujo
continuo.
Un reactor de este tipo está constituido por un
vaso en donde se insertan unas barras que portan unos discos sobre
los que se forma la biocapa y una varilla magnéticamente guiada que
hace de agitador. En la parte superior del vaso se dispone una tapa
que está provista de agujeros para la introducción de las barras
portadoras de los discos y de unos tubos para la entrada de fluidos,
disponiéndose en el lateral del vaso un orificio para la salida de
los fluidos, de manera que a través del vaso se establece un flujo
continuo de los mismos.
Los fluidos entran en el interior del vaso
creando un cultivo microbiano que provoca la formación de biocapas
sobre los discos, mientras que la varilla agitadora remueve el
fluido en la dirección contraria a la que fluye, provocando que las
bacterias experimenten unas condiciones de alto estrés de fricción,
lo cual es un factor critico en el crecimiento de las biocapas. Para
el análisis de las biocapas se extraen las barras individualmente y
se analizan las muestras contenidas en los discos, mediante raspado
o a través de visualización con un microscopio.
Este tipo de reactor convencional presenta el
inconveniente de necesitar realizar una extracción manual de las
barras, debiéndose analizar las biocapas de los discos una por una,
además, este tipo de ensayos debe ser llevado a cabo en unas
condiciones lo más estériles posibles, de manera que las
manipulaciones externas de las barras durante la etapa de cultivo
del sistema biológico no son convenientes, ya que pueden afectar a
los resultados del estudio, pudiéndose contaminar las muestras
durante la extracción de las mismas.
Por todo ello se hace necesario disponer de un
sistema de ensayos que permita la monitorización de las biocapas en
tiempo real y desde el exterior del reactor, evitando afectar al
cultivo biológico, y evitando la necesidad de extraer las barras
para el análisis de las biocapas.
De acuerdo con la presente invención se propone
un reactor para el cultivo y estudio de biocapas, con unas
características que permiten la monitorización continua en tiempo
real y desde el exterior del sistema biológico cultivado en el
interior del reactor.
La invención propone sustituir las barras que
portan los discos del reactor convencional por unos vástagos que
disponen al menos un sensor removible, sobre el que se forma la
biocapa, y que está relacionado con una placa de conexiones para la
medición, desde el exterior del reactor, de parámetros físicos de
biocrecimiento de la biocapa, como pueden ser señales de
bioimpedancia eléctrica, PH, temperatura, impedancia electroquímica,
consumo de oxigeno, etc.
Se ha previsto que los vástagos del reactor
dispongan un sensor de referencia sin conexión eléctrica que se
encuentra aislado de la placa de conexiones, el cual se utiliza como
sensor de control del estudio de las biocapas. De manera que la
medida de este sensor de referencia no se ve afectada por posibles
perturbaciones eléctricas debidas a la conexión establecida con la
placa de conexiones, utilizándose este sensor de referencia para
calibrar los otros sensores del vástago que sí se encuentran
conectados a la placa de conexiones.
La placa de conexiones dispone de unos pines de
contacto por presión para conectarse con los sensores sobre los que
se forman las biocapas. Así, se evita la necesidad de conectar los
sensores con la placa de conexiones por medio de puntos de
soldadura, lo cual podría provocar la formación de biocapas sobre
las conexiones. Los pines de contacto por presión pueden sustituirse
por cualquier otro tipo de conexión que evite la necesidad de
soldaduras.
Los sensores, en la zona sobre la que se forman
las biocapas, es decir la parte activa, pueden estar formados por
diferentes tipos de materiales, como puede ser oro, plata o platino
entre otros, de manera que se pueda estudiar la calidad de la
adherencia que se establece entre esta parte del sensor y la biocapa
que se forma sobre ella.
Según un ejemplo de realización de la invención,
el vástago del reactor para el estudio y cultivo de biocapas está
constituido por dos semicuerpos, entre los cuales se aloja la placa
de conexiones, poseyendo una parte frontal que se acopla a los
semicuerpos, en cuyo interior se alojan de manera estanca los pines
de contacto por presión de la placa de conexiones y los
sensores.
La parte frontal del vástago se constituye por
una pieza superior que cubre mediante una lámina de material
sellante un extremo de la placa de conexiones, y por debajo presenta
una lámina de material sellante orificada por donde atraviesan los
pines de contacto por presión de la placa de conexiones, encajando
esta lámina en una pieza intermedia que dispone de unos orificios
por donde asoman las partes de los sensores sobre la que se forman
las biocapas y que se cierra por debajo por medio de una pieza
inferior que aloja de manera amovible los sensores.
Se ha previsto la posibilidad de que los dos
semicuerpos y la parte frontal se realicen por una única pieza
directamente fabricada en un material inyectable, presentando el
vástago una serie de cavidades que permitan la inserción selectiva
de diferentes tipos de sensores para poder realizar múltiples
estudios de diferentes biocapas.
Se obtiene así un reactor para el estudio y
cultivo de biocapas, que por sus características constructivas y
funcionales resulta muy ventajoso para la función de aplicación a la
que se halla destinado, permitiendo la monitorización continua y
desde el exterior de las biocapas que se forman en el interior del
reactor.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de
un reactor convencional de los utilizados para el estudio y cultivo
de biocapas.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
vástago que se inserta en el reactor para el estudio y cultivo de
biocapas objeto de la invención.
La figura 3 es una vista en perspectiva
explosionada del vástago de la figura anterior.
La figura 4 es una vista lateral del conjunto
explosionado del vástago.
El objeto de la invención se refiere a un
reactor de los utilizados en el estudio y cultivo de biocapas, el
cual permite realizar un seguimiento en tiempo real de la formación
de las biocapas cultivadas en un entorno biológico del interior del
reactor.
En la figura 1 se observa un reactor
convencional de los empleados para el cultivo de sistemas biológicos
en su interior, comprendiendo dicho reactor un vaso (1) que se
cierra en su parte superior por una tapa (2) de polietileno, la cual
está provista de unas entradas (3) para fluidos y unos orificios (4)
por donde se insertan unas barras (5) en las que se disponen unos
discos (6) que están en contacto con el cultivo biológico del
interior del reactor y sobre los que se forman las biocapas a
analizar. En el interior del reactor se dispone una varilla (7)
magnéticamente guiada que hace de agitador, mientras que en un
costado del vaso (1) se dispone una salida (8) que permite
establecer un flujo continuo de fluido, entre las entradas (3) y
dicha salida (8), de manera que la varilla (7) agita el fluido en la
dirección contraria a la que fluye, provocando que las bacterias
experimenten unas condiciones de alto estrés de fricción, lo cual es
un factor critico en el crecimiento de las biocapas.
De acuerdo con la invención se propone un
reactor para el cultivo y estudio de biocapas, en el que las barras
(5) que portan los discos (6) se sustituyen por unos vástagos (9)
que en uno de sus extremos disponen de, al menos, un sensor (10)
removible, sobre cuya parte activa o sensible se forma la biocapa a
estudiar, estando relacionado el sensor (10) con una placa (11) de
conexiones que permite la extracción de señales al exterior. De esta
manera se consigue tener información, continua y en tiempo real, de
los parámetros fisicos de biocrecimiento de la biocapa, como pueden
ser señales de bioimpedancia eléctrica, PH, temperatura, impedancia
electroquímica, consumo de oxigeno, etc.
Se ha previsto la posibilidad de disponer unos
sensores (10) con tecnología inalámbrica, de manera que para la
extracción de las señales al exterior no sea necesaria la
utilización de una placa de conexiones, bastando la incorporación de
una antena de comunicación por cada vástago (9) del reactor.
En la figura 2 se muestra una vista en
perspectiva de un ejemplo de realización de un vástago (9) destinado
para insertarse en los orificios (4) de un reactor para el estudio y
cultivo de biocapas según la invención. En este ejemplo de
realización, el vástago (9) dispone de tres sensores (10) removibles
conectados de manera individual con una placa (11) de conexiones
para la extracción de señales al exterior, mientras que en el
extremo del vástago (9) se dispone un sensor (10.1) de referencia
sin conexión eléctrica, el cual esta aislado de la placa (11) de
conexiones, de manera que la medición de este sensor (10.1) no se ve
alterada por posibles perturbaciones eléctricas debidas a la
conexión establecida con dicha placa (11) de conexiones.
Este sensor (10.1) de referencia se utiliza como
sensor de control del estudio de las biocapas, permitiendo comprobar
la medida de los otros sensores (10) del vástago (9), cuyas
mediciones pueden verse afectadas por la conexión con la placa (11)
de conexiones, de manera que en base a este sensor (10.1) de
referencia se pueden calibrar los otros sensores (10).
Este sensor (10.1) de referencia pudiera no
existir, disponiéndose únicamente sobre el vástago (9) sensores (10)
conectados con la placa (11) de conexiones. De hecho, en un mismo
reactor puede haber un único vástago (9) provisto con un sensor
(10.1) de referencia y el resto de vástagos (9) del reactor estar
sin sensor (10.1) de referencia, utilizándose el único sensor (10.1)
de referencia para la calibración biológica de los sensores (10) de
todos los vástagos (9) del reactor, de manera que una vez que todos
los sensores (10) se encuentran correctamente calibrados no
necesaria ya la utilización del sensor (10.1) de referencia.
La placa (11) de conexiones es una placa de
fibra de vidrio provista de una serie de pistas de cobre por donde
se transmiten las señales eléctricas. Dicha placa (11) de conexiones
dispone en uno de sus extremos de unos pines (11.1) de contacto por
presión para conectar los sensores (10) medidores de las biocapas,
con lo cual se evita la necesidad de conectar los sensores (10) con
la placa (11) por medio de puntos de soldadura, lo cual podría
provocar la formación de biocapas sobre las conexiones. Los pines
(11.1) de contacto por presión se podrían sustituir por cualquier
otro tipo de conexión que evite la necesidad de soldaduras.
Los sensores (10), en la zona sobre la que se
forman las biocapas (parte activa) pueden estar formados por
diferentes tipos de materiales, como pueden ser oro, plata o platino
entre otros, de manera que se pueda estudiar la calidad de la
adherencia que se establece entre esta parte de los sensores (10) y
la biocapa que se forma sobre ella.
En la figura 3 y la figura 4 se muestran unas
vistas explosionadas del conjunto de piezas que conforman un vástago
(9) portador de los sensores (10). El vástago (9) está constituido
por dos semicuerpos (12, 13), entre los cuales se aloja la placa
(11) de conexiones, y un parte frontal (14) completamente hermética
que se acopla a los semicuerpos (12, 13), en el interior de la cual
se alojan los pines (11.1) de contacto por presión de la placa (11)
de conexiones y los sensores (10).
La parte frontal (14) del vástago (9) se
constituye por una pieza (14.1) superior que cubre mediante una
lámina (14.2) de material sellante un extremo de la placa (11) de
conexiones, y que por debajo presenta una lámina (14.3) de material
sellante orificada, por la cual atraviesan los pines (11.1) de
contacto por presión de la placa (11) de conexiones, encajando esta
lámina (14.3) en una pieza (14.4) intermedia que posee unos
orificios por donde asoman las partes de los sensores (10) sobre las
que se forman las biocapas, cerrándose el conjunto por debajo por
medio de una pieza (14.5) inferior que aloja de manera amovible a
los sensores (10). Esta disposición facilita el desmontaje modular
de las distintas partes estructurales que forman el vástago (9), de
manera que se puede realizar un intercambio selectivo de los
sensores (10), para la realización de múltiples estudios de
diferentes biocapas.
Se ha previsto la posibilidad de que los dos
semicuerpos (12, 13) y la parte frontal (14) que forman el vástago
(9), estén fabricados en una única pieza inyectada en plástico, u
otro tipo de material inyectable, presentando el vástago (9) así
formado en uno de sus extremos una serie de cavidades que permitan
la inserción selectiva de diferentes tipos de sensores para poder
realizar múltiples estudios de diferentes biocapas.
La aplicación del vástago (9) no es limitativa
para reactores de los utilizados en laboratorios de investigación
como el de la figura 1, pudiendo aplicarse el vástago (9) a otros
tipos de reactores o entornos, como pudiera ser el caso de reactores
de tratamientos de aguas residuales, en los que igualmente se cumple
la condición de formación de una biocapa sobre los sensores (10) del
vástago (9).
Claims (7)
1. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, del tipo que comprende un vaso (1) que se cierra por su
parte superior con una tapa (2) provista de unas entradas (3) para
fluidos y unos orificios (4) por donde se insertan unas barras (5)
que incorporan unos discos (6) sobre los que se forman las biocapas,
caracterizado porque en los orificios (4) se insertan unos
vástagos (9) que disponen de, al menos, un sensor (10) removible,
sobre el que se forma la biocapa, estando relacionado dicho sensor
(10) con una placa (11) de conexiones, para la medición, desde el
exterior del reactor, de parámetros físicos de biocrecimiento de la
biocapa que se forma sobre el sensor (10).
2. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque los vástagos (9) disponen un sensor
(10.1) de referencia sin conexión eléctrica aislado de la placa (11)
de conexiones, para utilizar dicho sensor (10.1) de referencia como
sensor de control del estudio de las biocapas.
3. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque la placa (11) de conexiones dispone de
unos pines (11.1) de contacto por presión, para conectar los
sensores (10) sobre los que se forman las biocapas.
4. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque los sensores (10) en la zona sobre la
que se forman las biocapas están formados por materiales tales como
oro, plata o platino.
5. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la primera reivindicación,
caracterizado porque cada vástago (9) está constituido por
dos semicuerpos (12, 13), entre los cuales se aloja la placa (11) de
conexiones, y un parte frontal (14) que se acopla a los semicuerpos
(12, 13) y en cuyo interior se alojan de manera estanca los pines
(11.1) de contacto por presión de la placa (11) de conexiones y los
sensores (10).
6. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la quinta reivindicación,
caracterizado porque la parte frontal (14) del vástago (9) se
constituye por una pieza (14.1) superior que cubre mediante una
lámina (14.2) de material sellante un extremo de la placa (11) de
conexiones, y que por debajo presenta una lámina (14.3) de material
sellante orificada por donde atraviesan los pines (11.1) de contacto
por presión de la placa (11) de conexiones, encajando esta lámina
(14.3) en una pieza (14.4) intermedia que posee unos orificios por
donde asoman las partes de los sensores (10) sobre las que se forman
las biocapas, cerrándose el conjunto por debajo por medio de una
pieza (14.5) inferior que aloja de manera amovible a los sensores
(10).
7. Reactor para el estudio y cultivo de
biocapas, de acuerdo con la quinta reivindicación,
caracterizado porque los dos semicuerpos (12, 13) y la parte
frontal (14) se constituyen por una única pieza fabricada de un
material inyectable.
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