ES2714026T3 - Etiqueta de seguimiento de peces de detección de depredación - Google Patents

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Gary Donald Marsh
Chad Douglas Murphy
Douglas Bruce Oakley
Timothy Bruce Stone
Dale Mitchell Webber
Ryan Isaac Fielden
Kimberly Jean Miller
Mary Anne White
Aubrey Johannes Ingraham
Philip Ronald Huntley
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Abstract

Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) para el seguimiento de un animal acuático que comprende: un sensor (204, 304, 404, 504a-b, 608a-b, 810, 1014, 1104, 1234) para detectar una característica de la etiqueta; un material sensible al pH (210a, 310, 410a, 506a, 610a, 710a, 808a) expuesto a un entorno externo de la etiqueta, degradándose el material sensible al pH en presencia de un entorno ácido, causando la degradación del material sensible al pH un cambio detectable en una característica de la etiqueta detectada por el sensor; y un transductor (1010, 1218) para transmitir una señal ultrasónica sobre la base de por lo menos la detección de la característica de la etiqueta por el sensor.

Description

DESCRIPCION
Etiqueta de seguimiento de peces de deteccion de depredacion.
Campo de la invencion
La presente descripcion se refiere a una etiqueta de seguimiento para animales acuaticos, y en particular a una etiqueta de seguimiento apta para detectar un episodio de depredacion.
Antecedentes
Los peces u otros animales marinos pueden etiquetarse con dispositivos de seguimiento para seguir su movimiento. Las etiquetas de seguimiento transmiten pulsos ultrasonicos que pueden detectarse en uno o mas receptores instalados en varias ubicaciones en un cuerpo de agua objeto de estudio.
Las etiquetas utilizadas para rastrear animales marinos a menudo se implantan dentro de la cavidad celomica del animal al que se realiza el seguimiento. Normalmente, las etiquetas de seguimiento transmiten periodicamente pulsos ultrasonicos para comunicarse con un identificador unico de la etiqueta que permite rastrear animales individuales. Ademas, las etiquetas de seguimiento tambien pueden comunicar otros datos recopilados por la etiqueta, tales como la temperatura e informacion sobre la aceleracion. Una vez que se activan las etiquetas de seguimiento, normalmente continuaran transmitiendose hasta que la batena se agote.
Cuando un depredador devora un animal marino marcado, la etiqueta de seguimiento a menudo continuara operando dentro del cuerpo del depredador. Los investigadores no han podido determinar si la etiqueta de seguimiento estaba operando en un animal marcado o dentro de un depredador.
Los documentos WO 2014/028084 A2, US 2004/250460 A1, EP 1 204 311 A1, EP 1 885 343 A2 y US n° 3.216.411 A divulgan etiquetas conocidas para identificar y/o rastrear animales.
Es deseable una etiqueta de seguimiento adicional, alternativa y/o mejorada para animales marinos.
Sumario
Segun la presente divulgacion, se proporciona una etiqueta para rastrear un animal acuatico que comprende: un sensor para detectar una caractenstica de la etiqueta; un material sensible al pH expuesto a un entorno externo de la etiqueta, en la que el material sensible al pH se degrada en presencia de un entorno acido, causando la degradacion del material sensible al pH un cambio detectable en una caractenstica de la etiqueta detectada por el sensor; y un transductor para transmitir una senal ultrasonica basada en por lo menos la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
En una forma de realizacion adicional, el ambiente acido es el intestino de un pez depredador.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH no se degrada sustancialmente en un entorno neutro o basico.
En una forma de realizacion adicional, el entorno neutro o basico es la cavidad celomica de un animal acuatico. En una forma de realizacion adicional, el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un sensor de campo magnetico capaz de detectar la presencia o la ausencia de un iman, estando sujeto el iman a la etiqueta por medio del material sensible al pH de tal forma que el iman se libera de la etiqueta cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido.
En una forma de realizacion adicional, el iman se sujeta a la etiqueta utilizando el material sensible al pH como adhesivo para fijar el iman a la etiqueta.
En una forma de realizacion adicional, el iman esta por lo menos parcialmente encerrado en el material sensible al pH formando un tapon, y dicho tapon se sujeta a la etiqueta utilizando un adhesivo.
En una forma de realizacion adicional, el iman esta total o parcialmente encerrado en el material sensible al pH formando un tapon que es retenido mecanicamente mediante por lo menos una porcion del cuerpo de la etiqueta. En una forma de realizacion adicional, el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende electrodos cubiertos con el material sensible al pH, en el que la impedancia de los electrodos cambia cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido.
En una forma de realizacion adicional, el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un electrodo elastico separado de un segundo electrodo por el material sensible al pH, en el que el electrodo elastico esta sesgado a fin de que se ponga en contacto con el segundo electrodo cuando el material sensible al pH se degrada en el ambiente acido.
En una forma de realizacion adicional, el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un extensometro elastico moldeado dentro del material sensible al pH, de forma que cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido, el extensometro elastico cambia las configuraciones.
En una forma de realizacion adicional, el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un dispositivo de transmision de luz y un dispositivo de recepcion de luz alineado con el dispositivo de transmision de luz y separado por el material sensible al pH para bloquear la transmision de luz desde el dispositivo de transmision de luz al dispositivo de recepcion de luz.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH comprende un quitosano.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH se moldea a partir de una suspension del quitosano y un disolvente.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente se selecciona de entre: acido L-ascorbico; acido dtrico; acido acetico y acido clorlddrico.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente es acido cftrico.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente es acido acetico.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH comprende una pelfcula que tiene un espesor de por lo menos 0,05 mm.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH comprende una pelfcula que tiene un espesor de por lo menos 0,20 mm.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH comprende un agente plastificante.
En una forma de realizacion adicional, el agente plastificante se selecciona de entre: glicerol; etilenglicol; polietilenglicol; eritritol; acido oleico; propilenglicol; acido dihidroxiestearico y sorbitol.
En una forma de realizacion adicional, el agente plastificante es glicerol.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH se ha tratado con un agente de reticulacion. En una forma de realizacion adicional, el agente de reticulacion se selecciona de entre: citrato de sodio; sulfato de sodio y cloruro de calcio.
En una forma de realizacion adicional, la etiqueta comprende ademas un microprocesador acoplado al transductor y al sensor, en la que el microprocesador controla la transmision de la senal ultrasonica por el transductor.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador funciona en por lo menos uno de entre un primer modo o un segundo modo basandose en por lo menos la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador pasa de operar en el primer modo a operar en el segundo modo cuando la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor cambia como resultado de la degradacion del material sensible al pH en presencia del entorno acido.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador mantiene una medida de ejecucion del tiempo transcurrido desde la deteccion del cambio en la caractenstica, y transmite esta medida de ejecucion codificada en la senal ultrasonica.
En una forma de realizacion adicional, la medida del tiempo transcurrido transmitida en la senal ultrasonica se codifica de forma no lineal.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador funciona en por lo menos un modo de configuracion para transferir datos a la etiqueta para configurar el funcionamiento del microprocesador.
En una forma de realizacion adicional, se utiliza un campo magnetico variable para transferir datos a la etiqueta cuando el microprocesador esta en modo de configuracion.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador opera ademas en por lo menos un modo de calibracion para determinar un valor para un campo magnetico de compensacion para permitir detectar el campo magnetico variable utilizado para transferir datos en presencia de un campo magnetico constante.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador calcula el valor para el campo magnetico de compensacion y transmite el valor calculado para el campo magnetico de compensacion a un dispositivo de activacion.
En una forma de realizacion adicional, la etiqueta transmite una indicacion del campo magnetico detectado para permitir que un dispositivo de activacion calcule el valor para el campo magnetico de compensacion.
Segun la presente divulgacion, se proporciona un activador para activar una etiqueta de depredacion que detecta un episodio de depredacion utilizando un sensor de campo magnetico para detectar un iman, comprendiendo el activador: un excitador de bobina para generar un campo magnetico en la vecindad de la etiqueta de depredacion que esta siendo activada; un transductor para detectar una senal de la etiqueta de depredacion y un microcontrolador que controla el excitador de bobina, estando el microcontrolador configurado para variar el campo magnetico generado por el excitador de bobina y determinar la intensidad de un campo magnetico de compensacion requerido para contrarrestar el campo magnetico generado por el iman detectado en el sensor magnetico de la etiqueta de depredacion basandose en la senal detectada por el transductor.
En una forma de realizacion adicional, la senal detectada por el transductor comprende una indicacion del campo de compensacion calculado por la etiqueta de depredacion basandose en el campo magnetico variable generado por el excitador de bobina.
En una forma de realizacion adicional, el microcontrolador controla el excitador de bobina para generar una forma de onda triangular asimetrica a una frecuencia particular.
En una forma de realizacion adicional, la frecuencia particular se encuentra entre 10 Hz y 10 kHz.
En una forma de realizacion adicional, la frecuencia particular es de 100 Hz.
En una forma de realizacion adicional, la senal detectada por el transductor comprende una indicacion de la presencia o la ausencia de un campo magnetico en el sensor de campo magnetico de la etiqueta de depredacion.
En una forma de realizacion adicional, el activador calcula el campo magnetico de compensacion basandose en la intensidad del campo magnetico variable cuando la senal detectada por el transductor indica la ausencia del campo magnetico en el sensor del campo magnetico de la etiqueta de depredacion.
En una forma de realizacion adicional, el activador vana adicionalmente el campo magnetico entre el campo magnetico de compensacion de forma que la ausencia del campo magnetico se detecte en el sensor de campo magnetico y un segundo valor del campo magnetico de forma que la presencia del campo magnetico se detecte en el sensor de campo magnetico, lo que permite la comunicacion entre el activador y la etiqueta.
Segun la presente divulgacion, se proporciona un procedimiento para activar una etiqueta de depredacion que detecta un episodio de depredacion utilizando un sensor de campo magnetico para detectar un iman, comprendiendo el procedimiento: variar la intensidad de un campo magnetico generado por un activador; determinar la intensidad de un campo magnetico de compensacion requerido para contrarrestar el campo magnetico generado por el iman detectado en el sensor magnetico de la etiqueta de depredacion; y variar la intensidad del campo magnetico generado por el activador basandose en la intensidad del campo magnetico de compensacion para comunicarse con la etiqueta de depredacion.
En una forma de realizacion adicional, el procedimiento comprende ademas generar, en el activador, una senal de activacion que indica que la etiqueta debe entrar en un modo de calibracion; recibir, en el activador, una senal de la etiqueta de que se ha entrado en modo de calibracion;
En una forma de realizacion adicional, variar la intensidad del campo magnetico generado por el activador comprende: establecer un valor de un primer convertidor digital a analogico (DAC) para generar un campo magnetico a la intensidad determinada del campo magnetico de compensacion; establecer un valor de un segundo convertidor digital a analogico (DAC) para generar el campo magnetico a una intensidad diferente de la intensidad del campo magnetico de compensacion; conmutar un excitador de bobina entre el primer DAC y el segundo DAC para variar el campo magnetico.
En una forma de realizacion adicional, determinar la intensidad del campo magnetico de compensacion comprende: variar la intensidad del campo magnetico generado por el activador; recibir en el activador una senal de la etiqueta indicativa del campo magnetico detectado por el sensor de campo magnetico de la etiqueta; y determinar en el activador la intensidad del campo magnetico generado por el activador que da como resultado que no esta siendo detectado por el sensor de campo magnetico de la etiqueta ningun campo magnetico.
En una forma de realizacion adicional, determinar la intensidad del campo magnetico de compensacion comprende: variar la intensidad del campo magnetico generado por el activador en un patron de onda asimetrico; detectar el campo magnetico por medio del sensor de campo magnetico de la etiqueta; determinar en la etiqueta la intensidad del campo magnetico generado por el activador que da como resultado que no esta siendo detectado por el sensor de campo magnetico de la etiqueta ningun campo magnetico basandose en la asimetna del patron de onda; y recibir en el activador una senal desde la etiqueta indicativa de la intensidad del campo magnetico generado por el activador que da como resultado que no esta siendo detectado por el sensor de campo magnetico de la etiqueta ningun campo magnetico.
Segun la presente divulgacion, se proporciona un material adhesivo sensible al pH moldeado a partir de una suspension que comprende: un quitosano; un disolvente y un agente plastificante.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente se selecciona de entre: acido L-ascorbico; acido dtrico; acido acetico y acido clorlddrico.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente es acido cftrico.
En una forma de realizacion adicional, el disolvente es acido acetico.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH se moldea dando una pelfcula que tiene un espesor de por lo menos 0,05 mm.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH se moldea dando una pelfcula que tiene un espesor de por lo menos 0,20 mm.
En una forma de realizacion adicional, el agente plastificante se selecciona de entre: glicerol; etilenglicol; polietilenglicol; eritritol; acido oleico; propilenglicol; acido dihidroxiestearico y sorbitol.
En una forma de realizacion adicional, el agente plastificante es glicerol.
En una forma de realizacion adicional, el material sensible al pH esta tratado con un agente de reticulacion. En una forma de realizacion adicional, el agente de reticulacion se selecciona de entre: citrato de sodio; sulfato de sodio y cloruro de calcio.
Segun la presente divulgacion, se proporciona una etiqueta para rastrear un animal acuatico que comprende: un sensor para detectar una caractenstica de la etiqueta; y un transductor para transmitir una senal ultrasonica basandose en por lo menos la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor; en la que la senal ultrasonica incluye una medida del tiempo transcurrido desde la deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
En una forma de realizacion adicional, la etiqueta comprende un material sensible al pH expuesto a un entorno externo de la etiqueta, en la que el material sensible al pH se degrada en presencia de un entorno acido, provocando la degradacion del material sensible al pH un cambio detectable en una caractenstica de la etiqueta detectada por el sensor.
En una forma de realizacion adicional, la medida del tiempo transcurrido transmitida en la senal ultrasonica se codifica de forma no lineal.
En una forma de realizacion adicional, la etiqueta comprende un microprocesador acoplado al transductor y al sensor, controlando el microprocesador la transmision de la senal ultrasonica por el transductor.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador funciona en por lo menos uno de entre un primer modo o un segundo modo basandose en por lo menos la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
En una forma de realizacion adicional, el microprocesador pasa de funcionar en el primer modo a funcionar en el segundo modo tras la deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
Breve descripcion de los dibujos
Las caractensticas, los aspectos y las ventajas de la presente divulgacion se pondran mas claramente de manifiesto a partir de la descripcion siguiente y los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 representa un entorno en el que se pueden usar etiquetas de seguimiento;
las figuras 2A, 2B, 2C representan una etiqueta de seguimiento de depredacion;
las figuras 3A, 3B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion;
las figuras 4A, 4B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion;
las figuras 5A, 5B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion;
las figuras 6A, 6B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion;
la figura 7 representa otra etiqueta de seguimiento de depredacion;
las figuras 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F representan otras etiquetas de seguimiento de depredacion;
la figura 9 representa un activador para activar una etiqueta de seguimiento de depredacion;
la figura 10 representa componentes de una etiqueta de seguimiento de depredacion y un activador;
la figura 11 representa componentes de otra etiqueta de seguimiento de depredacion y un activador;
la figura 12 representa componentes de la etiqueta de seguimiento de depredacion de las figuras 8A-C y un activador;
la figura 13 representa un procedimiento de activacion de una etiqueta de seguimiento;
la figura 14 representa senales asociadas con la activacion de una etiqueta;
la figura 15 representa otras senales asociadas con la activacion de una etiqueta;
la figura 16 representa un procedimiento de funcionamiento de una etiqueta de seguimiento;
la figura 17 muestra una grafica del efecto del espesor de la pelfcula sobre el hinchamiento y la degradacion de las pelfculas;
la figura 18 muestra una grafica del efecto de plastificantes sobre el hinchamiento de las pelfculas;
la figura 19 muestra una grafica del efecto de la concentracion de glicerol con respecto al quitosano sobre el hinchamiento;
la figura 20 muestra una grafica del efecto de reticuladores sobre el hinchamiento y la degradacion de las pelfculas;
la figura 21 muestra una grafica del efecto de la concentracion de citrato de sodio sobre el hinchamiento y la degradacion;
la figura 22 muestra un grafico del efecto del tiempo de reticulacion sobre el hinchamiento y la degradacion de la pelfcula;
la figura 23 muestra una grafica del efecto de aditivos sobre la estabilidad a largo plazo de las pelfculas; y la figura 24 muestra una grafica del efecto de envejecimiento acelerado sobre las pelfculas.
Descripcion detallada
A continuacion en la presente memoria se describe una etiqueta de seguimiento para seguir animales marinos. La etiqueta de seguimiento es capaz de detectar si un depredador ha devorado el pez que esta siendo rastreado y ajustar su funcionamiento al detectar el episodio de depredacion. La etiqueta de seguimiento utiliza un material sensible al pH que se degrada en presencia del entorno acido del intestino de un depredador a fin de cambiar una caractenstica detectable de la etiqueta. Cuando el material sensible al pH se degrada en el intestino del depredador, una caractenstica medible cambia y se detecta el cambio en la caractenstica. Tras detectar el cambio, el funcionamiento de la etiqueta de seguimiento se puede ajustar para que senale la aparicion del episodio de depredacion.
La figura 1 representa un entorno 100 en el que se pueden utilizar etiquetas de seguimiento. Un pez 102 esta etiquetado con un dispositivo de seguimiento 104, denominado etiqueta de seguimiento, o simplemente etiqueta. Las etiquetas de seguimiento pueden implantarse dentro de la cavidad celomica del animal. Adicionalmente o como alternativa, la etiqueta de seguimiento puede unirse externamente al animal, por ejemplo, adhiriendola o fijandola a la piel o la aleta de un animal. La etiqueta 104 emite periodicamente pulsos ultrasonicos que son recibidos por uno o mas receptores 106 que estan ubicados dentro del cuerpo de agua o la zona que se esta estudiando. Los receptores pueden estar anclados 108 en un sitio o pueden estar suspendidos por medio de una boya 110, o cualquier otro medio adecuado para disponer el receptor en una ubicacion deseada. El receptor 106 detecta los pulsos ultrasonicos transmitidos por las etiquetas. Los episodios de deteccion se registran y se almacenan por el receptor 106. Los episodios registrados se pueden recuperar de cada uno de los receptores. Por ejemplo, los datos se pueden descargar periodicamente a un ordenador tal como un ordenador portatil 112. Aunque se representa como si se llevara a cabo mientras el receptor 106 permanece en su posicion, los datos tambien se pueden recuperar del receptor 106 mediante una conexion ffsica al receptor, lo que puede requerir que el receptor 106 sea recuperado. El tiempo que el receptor permanece en su sitio puede variar segun los requisitos del estudio. Ademas, es posible rastrear una etiqueta en tiempo real; sin embargo, esto se realiza normalmente teniendo un receptor ubicado en un bote y siguiendo al animal marino que se esta rastreando a medida que se mueve.
Las etiquetas pueden comunicar datos utilizando varias tecnicas. Por ejemplo, las etiquetas pueden transmitir senales continuamente, o pueden transmitir senales periodicamente. El intervalo de tiempo en el que las etiquetas transmiten senales puede variar y puede ser ajustable. Por ejemplo, una etiqueta puede transmitir senales cada 1 segundo, 5 segundos, 10 segundos, 15 segundos, 30 segundos, 60 segundos o a otros intervalos. Ademas de variar cuando las etiquetas transmiten informacion, la informacion que se transmite tambien puede variarse. Por ejemplo, la etiqueta puede simplemente transmitir un unico, o unico dentro de una serie particular de etiquetas, identificador (ID). Los receptores pueden detectar la transmision periodica de los ID unicos y registrar los episodios de deteccion, junto con el tiempo de la deteccion. El movimiento del animal que se esta rastreando puede reconstruirse a partir de los diversos episodios de deteccion con los ID unicos correspondientes. Ademas del ID unico, la etiqueta tambien puede transmitir otra informacion tal como un numero de secuencia que aumenta con cada transmision, u otros datos que la etiqueta rastrea dependiendo de los sensores disponibles en la etiqueta. Por ejemplo, la etiqueta tambien puede indicar lecturas desde un sensor de temperatura, sensores de aceleracion u otros tipos de sensores que pueden proporcionarse por medio de la etiqueta.
Las etiquetas pueden durar un penodo de tiempo variable dependiendo de las caractensticas operativas de la etiqueta, asf como de la fuente de alimentacion de la etiqueta. Generalmente, una etiqueta se activa antes de adherirla o implantarla al animal que se esta rastreando. Una vez que la etiqueta esta activada, por lo general continuara funcionando hasta que no tenga suficiente energfa. Si un animal marino que esta siendo rastreado, como el pez 102, es devorado por un depredador como el pez 114, la etiqueta puede continuar operando y el movimiento del depredador puede asociarse incorrectamente con el animal marino que ha sido devorado.
Las etiquetas, tal como se describen en la presente memoria, pueden detectar un episodio de depredacion y ajustar su operacion consecuentemente. Cuando una etiqueta detecta que el animal marino ha sido devorado, la etiqueta puede dejar de transmitir mas informacion o puede continuar transmitiendo informacion, pero proporciona una indicacion de que se detecto un episodio de depredacion, por ejemplo, transmitiendo un ID secundario de la etiqueta. El ID secundario de la etiqueta puede incluir el ID unico original o estar asociado de otra forma con el ID original para que se pueda determinar que el animal que ha sido devorado. Por ejemplo, el primer ID unico para rastrear un animal vivo etiquetado puede ser 123A, mientras que el segundo ID unico de la etiqueta utilizado cuando se ha detectado un episodio de depredacion puede ser 123B. En este ejemplo de los ID, se supone que la porcion 123 de ambos ID es unica con respecto a otras etiquetas. La etiqueta no detecta el episodio de depredacion directamente, sino que mas bien detecta un cambio asociado con el animal que esta siendo devorado. La etiqueta puede utilizar un material sensible al pH que se degrada en el entorno acido del intestino de un depredador. La degradacion del material sensible al pH puede ser detectada por la etiqueta y, como tal, la etiqueta puede ajustar su funcionamiento consecuentemente.
Ademas de proporcionar una indicacion de que ha tenido lugar un episodio de depredacion, por ejemplo, transmitiendo un ID unico diferente cuando tiene lugar un episodio de depredacion, la etiqueta puede transmitir informacion adicional asociada con el episodio de depredacion. Por ejemplo, la etiqueta puede transmitir una medida del tiempo transcurrido desde la deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta, cambio que esta asociado con el episodio de depredacion. La medida del tiempo transcurrido se puede transmitir en la senal ultrasonica. La medida puede aumentar con el paso del tiempo a traves de la vida operativa de la etiqueta. La medida del tiempo transcurrido puede codificarse en una forma o un formato lineal o no lineal. La codificacion del tiempo transcurrido en una forma no lineal puede proporcionar una mejor resolucion durante las etapas iniciales tras la depredacion en comparacion con las etapas finales. Por ejemplo, la medida puede cambiar en incrementos de 15 minutos en el corto plazo despues del episodio de depredacion, pero usar incrementos de un d^ a al final de su vida operativa, y posiblemente usar otros diversos incrementos con el paso del tiempo. El tiempo transcurrido desde la deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta puede rastrearse con el microcontrolador u otros componentes apropiados de la etiqueta.
Las figuras 2A, 2B, 2C representan una etiqueta de seguimiento de depredacion. La etiqueta de seguimiento de depredacion 200 se puede usar para rastrear un animal marino. La etiqueta 200 detecta un episodio de depredacion, es decir, que el animal etiquetado es devorado por un depredador. La etiqueta 200 comprende un cuerpo principal 202 que aloja los componentes principales de la etiqueta. En tamano de la etiqueta 200 puede variar desde unos pocos milfmetros hasta unos pocos centimetros o mas, dependiendo del tamano del animal que se esta rastreando. La etiqueta 200 incluye un sensor 204 que detecta una caractenstica electrica de la etiqueta 200. El sensor 200 comprende un sustrato 206 que proporciona soporte para dos electrodos 208a o 208b. La impedancia u otras caractensticas electricas de los electrodos pueden detectarse con un microcontrolador de la etiqueta.
Se puede formar un recubrimiento o una pelfcula de un material sensible al pH 210a sobre los electrodos 208a, 208b, tal como se representa en la figura 2B. El material sensible al pH se selecciona para que se degrade, preferentemente de forma rapida, en el entorno acido del intestino de un depredador, mientras que resiste la degradacion en un ambiente neutro o basico, tal como la cavidad celomica de un animal en la que se ha implantado la etiqueta. Como tal, cuando la etiqueta permanece en la cavidad celomica del animal que se esta rastreando, el material sensible al pH permanece intacto cubriendo los electrodos 208a, 208b y, como tal, se medira un primer valor para la caractenstica electrica particular que se esta supervisando, tal como la impedancia o la resistencia.
Si el animal etiquetado es devorado, el animal sera digerido dentro del intestino del depredador, y como tal, la etiqueta 200 estara expuesta al entorno acido del intestino del depredador. El entorno acido degradara el material sensible al pH 210b que cubre los electrodos tal como se muestra en la figura 2C. A medida que el material sensible al pH se degrade, los electrodos 208a, 208b se expondran al entorno y el valor medido previamente de la caractenstica electrica cambiara. El valor diferente es detectado por la etiqueta y utilizado para determinar que se ha producido un episodio de depredacion. Una vez que la etiqueta, o mas particularmente un microcontrolador de la etiqueta, ha determinado que ha tenido lugar un episodio de depredacion, la operacion se puede ajustar en consecuencia, por ejemplo, deteniendo la transmision posterior, o alterando el ID transmitido de la etiqueta utilizada para indicar que la etiqueta ha detectado un episodio de depredacion.
Se pueden utilizar diversos materiales sensibles al pH, y mas adelante en la presente memoria se describe una seleccion de posibles materiales sensibles al pH. El material sensible al pH debera resistir la degradacion cuando se encuentre en el entorno asociado con un animal vivo que esta siendo rastreado. El material sensible al pH debera resistir la degradacion en dicho entorno durante un penodo de tiempo relativamente largo, tal como la vida operativa esperada de la etiqueta. Aunque el material sensible al pH debera resistir la degradacion dentro de un entorno operativo normal, tal como dentro de una cavidad celomica, debe degradarse, preferentemente de forma rapida, dentro del entorno acido. Por ejemplo, el material sensible al pH puede degradarse lo suficientemente rapido como para exponer los electrodos dentro de un periodo de 60 a 120 minutos despues de que un depredador haya devorado a un animal etiquetado. La composicion del material sensible al pH, asf como la cantidad del material sensible al pH utilizada para cubrir los electrodos, y que debe degradarse para exponer los electrodos, se puede ajustar para que cumpla con las caractensticas requeridas. Ademas, la composicion puede incluir uno o mas aditivos que pueden afectar a la deteccion de la caractenstica y, como tales, facilitar la determinacion de si el material sensible al pH esta aun intacto o se ha degradado sustancialmente. Se puede considerar que el material sensible al pH se ha degradado sustancialmente una vez que se ha degradado lo suficiente como para que se pueda detectar un cambio en la caractenstica a fin de indicar la aparicion del episodio de depredacion.
Las figuras 3A, 3B representan otras etiquetas de seguimiento de depredacion. Las etiquetas representadas son similares a la etiqueta 200 descrita anteriormente; sin embargo, la geometna de los electrodos difiere. La etiqueta de seguimiento de depredacion 300 comprende un cuerpo 302 y un sensor de depredacion 304 acortado y redondeado acoplado a la electronica 312 de la etiqueta de seguimiento de depredacion 302. El sensor de depredacion 304 comprende electrodos 308a, 308b sobre un sustrato 306. Los electrodos 308a, 308b estan cubiertos con un material 310 sensible al pH que se degrada en el entorno acido del aparato digestivo de un depredador. Cuando un animal acuatico etiquetado con la etiqueta de seguimiento de depredacion 302 es devorado por un depredador, el material sensible al pH 310 se disuelve en el aparato digestivo del animal. Una vez que se haya degradado el material 310 sensible al pH, los electrodos 308a, 308b se exponen al medio ambiente y la electronica 312 puede detectar un cambio en las caractensticas electricas de los electrodos. La geometna acortada y redondeada del sensor de depredacion 304 puede ser apropiada para su insercion en la cavidad celomica debido a su menor longitud y carencia de esquinas.
Las figuras 4A, 4B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion. La etiqueta 400 es similar a las etiquetas descritas anteriormente y comprende un cuerpo 402 y un componente sensor externo capaz de medir una caractenstica de la etiqueta. El sensor 404 comprende dos electrodos elasticos, cada uno de los cuales comprende un material elastico 406a, 406b y un material conductor 408a, 408b. Tal como se representa en la figura 4A, el material sensible al pH 410a se moldea para evitar que los electrodos elasticos entren en contacto entre sf. Cuando un entorno acido degrada sustancialmente el material sensible al pH 410b tal como se representa en la figura 4B, el material elastico 406a, 406b de los electrodos hace que el material electricamente conductor 408a, 408b entre en contacto uno con otro. La etiqueta 400, o mas particularmente un microcontrolador de la etiqueta, puede detectar la conexion electrica recientemente establecida entre los dos electrodos, que puede utilizarse como una indicacion de que el animal marino que esta siendo rastreado ha sido devorado por un depredador. Una vez que la etiqueta detecta la conexion electrica entre los electrodos, la etiqueta puede cambiar del primer modo de operacion asociado con el seguimiento del animal etiquetado originariamente a un segundo modo de operacion asociado con el animal etiquetado originariamente que esta siendo devorado por un depredador.
Las figuras 5A, 5B representan otra etiqueta de seguimiento de depredacion. La etiqueta 500 es similar a las etiquetas descritas anteriormente y puede detectar un cambio en una caractenstica de la etiqueta 500 cuando el entorno de la etiqueta se encuentra en cambio desde un entorno neutro o basico, como el que se encuentra en el fluido celomico, a un entorno acido como el que se encuentra en el intestino de un depredador. La etiqueta 500 comprende un cuerpo 502 y un sensor para medir una caractenstica de la etiqueta. El sensor se representa como un extensometro 504a u otro sensor similar que cambia sus caractensticas electricas en funcion de la forma del sensor 504a. Tal como se representa en la figura 5A, el extensometro 504a puede moldearse dentro de un material sensible al pH 506a para mantener el extensometro 504a en una primera configuracion. Tal como se representa en la figura 5B, cuando el entorno acido degrada sustancialmente el material 506b sensible al pH, el extensometro 504b cambia las configuraciones, reduciendo la deformacion, lo que puede detectarse mediante la etiqueta y utilizarse como una indicacion de que el animal que esta siendo rastreado ha sido devorado por un animal depredador.
La figura 6A, 6B representa otra etiqueta de seguimiento de depredacion. La etiqueta 600 es similar a las etiquetas descritas anteriormente y puede detectar un cambio en una caractenstica de la etiqueta 600 cuando el entorno de la etiqueta se encuentra en cambio desde un entorno neutro o basico, como el que se encuentra en el fluido celomico, a un entorno acido como el que se encuentra en el intestino de un depredador. La etiqueta 600 comprende un cuerpo 602 y un sensor para medir una caractenstica de la etiqueta. El sensor se representa como un par transmisor y receptor de infrarrojos (IR) 608a, 608b. El transmisor de infrarrojos 608a y el receptor de infrarrojos 608b estan encerrados en un material sensible al pH 610a que se degrada en un entorno acido. El material sensible al pH 610a es opaco, de forma que cuando esta presente, tal como se muestra en la figura 6A, la luz infrarroja transmitida desde el transmisor de infrarrojos 608a no se recibe en el receptor 608b. Cuando el material sensible al pH 608b se degrada tal como se muestra en la figura 6B, la luz infrarroja transmitida desde el transmisor de infrarrojos 608a se recibe en el receptor de infrarrojos 608b tal como se representa mediante flechas 612. La deteccion de la luz infrarroja en el receptor 608b puede detectarse mediante la electronica de la etiqueta y se utiliza como una indicacion de que ha tenido lugar un episodio de depredacion.
La figura 7 representa otra etiqueta de seguimiento de depredacion. La etiqueta 700 puede ser similar a las etiquetas descritas anteriormente, sin embargo, el cuerpo de la etiqueta esta extendido para proporcionar proteccion ffsica a los sensores de depredacion. Las etiquetas de depredacion descritas anteriormente pueden incluir un sensor de depredacion que se extiende mas alla del cuerpo de la etiqueta. Debido al pequeno tamano de las etiquetas, los sensores de depredacion extensibles pueden ser susceptibles de romperse. La etiqueta de depredacion 700 comprende un cuerpo que proporciona proteccion al sensor de depredacion 704. El cuerpo comprende una porcion de cuerpo principal 702a que encierra la electronica 712 de la etiqueta. La porcion de cuerpo principal 702a puede proporcionarse mediante un tubo u otra estructura similar. El cuerpo comprende ademas una porcion hueca extensible 702b que se extiende mas alla del sensor de depredacion 704 y proporciona proteccion ffsica al sensor de depredacion contra danos. La cavidad hueca de la porcion de cuerpo extensible 702b puede estar rellena o parcialmente rellena con material sensible al pH 710a. La porcion extensible 702b del cuerpo de la etiqueta esta abierta en un extremo para exponer el material sensible al pH al entorno de la etiqueta, de tal forma que el material sensible al pH se degradara cuando se produzca un episodio de depredacion.
Las figuras 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F representan otras etiquetas de seguimiento de depredacion. La etiqueta 800 es similar a la etiqueta 200; sin embargo, en lugar de utilizar electrodos para detectar un cambio en una caractenstica electrica, la etiqueta 800 utiliza un sensor magnetico 810 para detectar la presencia o la ausencia de un iman 806. Tal como se representa en la figura 8A, la etiqueta 800 incluye un cuerpo 802 que tiene una porcion con una cavidad 804 para recibir un iman 806. Aunque se representa que esta situado dentro de una cavidad 804, se contempla que el iman puede fijarse a la etiqueta sin estar situado dentro de una cavidad. El iman 806 se fija a la etiqueta 800 mediante un material sensible al pH 808a tal como se muestra en la figura 8B. El iman 806 puede fijarse con una capa de material sensible al pH que actua como adhesivo para mantener el iman 806 en su sitio mientras se utiliza un revestimiento adicional de material sensible al pH para adherir adicionalmente el iman 806 a la etiqueta 802. Tal como se ha descrito anteriormente, el material sensible al pH se degrada en el entorno acido del intestino de un depredador. Una vez que el entorno acido degrada el material sensible al pH 808b que fija el iman 806, el iman 806 puede separarse de la etiqueta 800 y la ausencia de iman puede ser detectada por la etiqueta 800. Una vez que la ausencia del iman 806 es detectada por la etiqueta 800, la etiqueta puede cambiar el modo de operacion para indicar que se ha detectado un episodio de depredacion. El iman y el material sensible al pH se pueden unir al cuerpo de la etiqueta de una forma diferente a la descrita anteriormente. Por ejemplo, en la figura 8D se muestra otra etiqueta 800d. Tal como se representa, el iman 806 puede estar encerrado en un tapon 808d hecho de material sensible al pH, y el tapon 808d puede unirse a un cuerpo 802d de varias formas, incluyendo, por ejemplo, un material adhesivo 812.
Otro ejemplo de una etiqueta 800e se representa en la figura 8E. Tal como se muestra, el iman 806 puede estar encerrado en el tapon 808e del material sensible al pH. El tapon 808e esta conformado para permitir que el tapon quede retenido mecanicamente dentro de una porcion con cavidad conformada de forma correspondiente 814e del cuerpo de etiqueta 802e, hasta que por lo menos una porcion del material sensible al pH se disuelva. Otro ejemplo de una etiqueta 800f se muestra en la figura 8F. Tal como se muestra, el iman 806 puede estar encerrado en el tapon 808f del material sensible al pH; sin embargo, en lugar de estar retenido en una cavidad correspondiente de la etiqueta tal como se ha descrito anteriormente, el tapon 808f comprende una cavidad correspondiente que retiene mecanicamente una porcion saliente 814f con la forma correspondiente del cuerpo de la etiqueta 802f.
Se han descrito anteriormente varias etiquetas que se pueden utilizar para rastrear un animal marino y que tambien proporcionan una indicacion de que el animal ha sido devorado por un depredador. Las etiquetas funcionan con batenas y generalmente se activan antes de aplicarlas a un animal. Las etiquetas pueden incluir un sensor magnetico para proporcionar un medio de activacion de las etiquetas. Las etiquetas pueden insertarse en un campo magnetico producido por un dispositivo de activacion. El sensor magnetico de la etiqueta detecta el campo magnetico, que puede proporcionar instrucciones para activar la etiqueta.
La figura 9 muestra un activador para activar una etiqueta de seguimiento. El activador 900 puede ser un dispositivo manual en el que se inserta la etiqueta 902 que se va a activar. El activador 900 tiene una camara 904 en la que se puede disponer la etiqueta. Puede enrollarse una bobina electromagnetica alrededor de la camara 904 de forma que cuando la etiqueta se disponga dentro de la camara 904, se encuentre dentro del campo magnetico de la bobina. El campo magnetico producido por la bobina puede estar controlado por el activador 900 y puede comunicar comandos de activacion a las etiquetas. Puede ser posible comunicar otra informacion desde el activador a la etiqueta controlando el campo magnetico producido por la bobina. Por ejemplo, se puede establecer un modo de operacion de la etiqueta, o se puede controlar la frecuencia de transmision u otras opciones. El activador tambien puede desactivar las etiquetas de una forma similar. El activador 900 incluye componentes de entrada y de salida para controlar el funcionamiento del activador. Por ejemplo, el activador puede tener un boton 'On' 906 que se usa para activar la etiqueta. Se puede usar un boton 'Off' 908 para desactivar una etiqueta activada. El activador 900 puede incluir salidas o medios de visualizacion para proporcionar informacion sobre la etiqueta. Por ejemplo, el activador puede incluir un LED 'Off' 910 que puede utilizarse para indicar que la etiqueta esta desactivada. Un LED 'Busy' 912 puede indicar que el activador esta ocupado actualmente, por ejemplo, puede estar intentando activar o desactivar una etiqueta. Un LED 'On' 914 puede indicar que la etiqueta se ha activado con exito. Para determinar si la etiqueta se ha activado o desactivado con exito, el activador 900 puede escuchar la transmision ultrasonica de la etiqueta.
La figura 10 representa componentes de la etiqueta de seguimiento de las figuras 2A-C y un activador. Tal como se ha descrito anteriormente, se puede utilizar un activador para activar una etiqueta. Una etiqueta 1002 puede comprender una fuente de alimentacion 1004, tal como una batena, un microcontrolador 1006 u otro tipo de circuito para controlar el funcionamiento de la etiqueta 1002. La etiqueta 1002 tambien puede incluir una memoria 1008 para almacenar instrucciones y/o datos. Aunque se representa como un componente que esta separado del microprocesador 1006, la memoria 1008 o por lo menos una porcion de la memoria 1008 puede ser parte del microcontrolador 1006. La etiqueta puede comprender tambien un transductor ultrasonico 1010 para transmitir informacion, tal como el ID unico, cuando se activa la etiqueta. La etiqueta 1000 tambien puede incluir un sensor magnetico 1012 que se utiliza para recibir instrucciones del activador. Ademas, tal como se ha descrito anteriormente, la etiqueta 1002 puede incluir un sensor de depredacion 1014 para medir una caractenstica de la etiqueta que cambiara cuando se encuentre en un entorno acido.
El activador 1016 incluye una fuente de alimentacion 1018, un microcontrolador 1020 para controlar el funcionamiento del activador, asf como una memoria 1022 para almacenar instrucciones y/o datos utilizados por el microcontrolador 1020. El microcontrolador 1020 puede controlar una bobina electromagnetica 1024 a fin de generar un campo magnetico utilizado para comunicar comandos a la etiqueta cuando la etiqueta esta ubicada dentro del campo magnetico generado. Los comandos pueden incluir comandos para activar y/o desactivar la etiqueta, asf como para establecer parametros operativos de la etiqueta. El activador 1016 puede incluir un microfono 1026 para detectar los pulsos ultrasonicos transmitidos por la etiqueta una vez activada. Aunque no se muestra, el activador puede incluir una pantalla para mostrar el ID unico de la etiqueta. El activador 1016 puede incluir componentes de entrada/salida 1028 para permitir que un usuario interactue con el activador 1016 para activar y desactivar, asf como tambien posiblemente para configurar, etiquetas.
La figura 11 muestra los componentes de una etiqueta de seguimiento de depredacion y un activador. La etiqueta 1102 es similar a la etiqueta 1002 descrita anteriormente con referencia a la figura 10 y, como tal, solo se representan las diferencias. Ademas, el activador 1108 es similar al activador 1016 y, como tal, solo se representan las diferencias. La etiqueta 1102 utiliza el sensor magnetico 1104 para detectar la presencia o la ausencia de un iman 1106. Tal como se ha descrito anteriormente, el iman 1106 se puede fijar a la etiqueta utilizando el material sensible al pH. Si bien el iman 1106 proporciona un medio conveniente para detectar un episodio de depredacion, su presencia cerca del sensor magnetico 1104 puede alterar el campo magnetico generado por el activador y dificultar el proceso de activacion. El activador 1108 puede incluir la funcionalidad de compensacion de campo magnetico 1110 para superar el campo magnetico del iman 1106 a fin de comunicarse con la etiqueta. La funcionalidad de compensacion del campo magnetico 1110 puede generar un campo magnetico variable para determinar el campo magnetico requerido para cancelar, o contrarrestar, el campo magnetico del iman 1106. Una vez que el activador determina el campo magnetico requerido para compensar la presencia del iman 1106, se puede utilizar como lmea base para variar el campo magnetico para permitir la comunicacion entre el activador 1108 y la etiqueta 1102. Con el campo magnetico del iman 1106 cancelado en el sensor 1104 por la compensacion del campo magnetico de la lmea base, el sensor magnetico 1104 puede detectar cambios en el campo magnetico causados por el activador, y como tal, el activador puede comunicarse con la etiqueta 1102.
Una vez que una etiqueta esta activada, se puede implantar en una cavidad celomica de un animal marino, o se puede unir de otra manera al animal, y se puede liberar al animal y rastrearlo utilizando la etiqueta.
La figura 12 representa componentes de la etiqueta de seguimiento de depredacion de las figuras 8A-C y un activador. El activador 1200 comprende un microcontrolador 1202 que controla una serie de convertidores de digital a analogico (DAC) 1204a, 1204b (denominados colectivamente DAC 1204) y un receptor/transmisor asmcrono universal (UART) 1210. Se suministra una tension de referencia 1206 a DAC 1204, cuyas salidas se proporcionan a un multiplexor analogico 1208. La salida del multiplexor analogico 1208 esta controlada por el UART 1210 y se suministra a un controlador de bobina 1212 para producir un campo magnetico 1214. A fin de recibir informacion de la etiqueta 1230, el activador incluye un transductor acustico 1218 que detecta senales acusticas 1216 de la etiqueta. La salida del transductor acustico 1218 se proporciona a un amplificador 1220 para amplificar la senal que se proporciona a un detector de senal 1222 y los resultados se suministran al microcontrolador 1202.
La etiqueta 1230 incluye un sensor de campo magnetico 1234. El sensor de campo magnetico 1234 puede utilizar un sensor GMR (magnetorresistivo gigante), pero algunos disenos alternativos podnan utilizar un interruptor de laminas mecanico, un sensor de efecto Hall u otro tipo de sensor. Normalmente, estos sensores tienen una salida digital que emitira un "1" si hay un campo magnetico externo, y un "0" si no hay presencia de un campo magnetico, o viceversa. Normalmente, se requiere un nivel mmimo de campo magnetico para que estos sensores indiquen que un campo esta presente. El sensor de campo magnetico proporciona su salida a un UART 1236, que la proporciona a un microcontrolador 1238. Alternativamente, la salida del sensor de campo magnetico puede proporcionarse al microcontrolador 1238. El microcontrolador procesa la informacion del campo magnetico para controlar el funcionamiento de la etiqueta. El microcontrolador puede enviar informacion a un generador de senales 1240 que genera una senal que se amplifica mediante un amplificador 1242 y se proporciona a un transductor acustico 1244 que produce una senal acustica 1216. Tal como se ha descrito anteriormente, el activador 1200 puede detectar la senal acustica 1216.
Cuando el iman de deteccion de depredacion 1232 esta unido a la etiqueta 1230, el sensor magnetico 1234 detectara el campo del iman 1232 e indicara la presencia del campo magnetico en su salida. Sin la aplicacion de campos magneticos adicionales, la salida permanecera igual hasta que se retire el iman, ya sea manualmente o por un episodio de depredacion. Desafortunadamente, esto significa que enviar datos a la etiqueta se vuelve mas diffcil, ya que simplemente no se detectara la variacion de un campo magnetico. Para enviar datos a la etiqueta 1230, el activador 1200 tiene que aplicar un campo magnetico con una intensidad equivalente y una polaridad opuesta, de forma que el sensor magnetico 1234 detecte que no hay presencia de ningun campo. Es decir, el activador debe aplicar un campo magnetico opuesto para contrarrestar el campo magnetico del iman.
El activador puede generar un campo magnetico fijo para contrarrestar una intensidad del iman conocida. Sin embargo, la generacion de un campo magnetico fijo puede no ser fiable ya que el campo magnetico que se va a contrarrestar puede variar de una etiqueta a otra. El iman adherido a la etiqueta podna fijarse en dos polaridades diferentes, ya que los imanes son relativamente pequenos, de aproximadamente 1 x 0,5 mm, y no tienen los polos etiquetados. Determinar la orientacion de los polos durante el montaje sena diffcil. Ademas, el campo magnetico del iman puede presentar alguna variacion en su intensidad de campo debido a las tolerancias de fabricacion/material. Ademas, la distancia entre el iman y el sensor del campo magnetico puede variar, debido a la variacion mecanica en la construccion de la caja, el espesor de la peffcula sensible al pH de la base y la variacion de posicionamiento cuando el ensamblador del producto adhiere el iman a la etiqueta. Finalmente, el cliente que utiliza el activador de etiquetas puede insertar la etiqueta en el activador en dos orientaciones posibles. El efecto general es que es poco factible aplicar un nivel de campo magnetico fijo a la etiqueta que cancele de forma fiable el campo magnetico de depredacion y permita una comunicacion de datos fiable.
Como se describe a continuacion, es posible calibrar el activador para contrarrestar el campo del iman y asf permitir la comunicacion entre el activador y la etiqueta. El activador puede configurar uno de los DAC 1204a para proporcionar una salida que generara el campo magnetico de accion contraria y, por lo tanto, provocara que el sensor de campo magnetico 1234 de la etiqueta indique que no se detecto ningun campo. El segundo DAC 1204b puede configurarse para proporcionar una salida que generara un campo complementario para provocar que el sensor de campo magnetico 1234 de la etiqueta indique que se detecto un campo. El UART puede entonces controlar el multiplexor analogico para seleccionar cual de las senales se utiliza para impulsar la bobina 1212 y asf generar el campo magnetico.
La figura 13 muestra un procedimiento de activacion de una etiqueta. Cuando se inserta una etiqueta en el activador, la etiqueta se dispone en un modo de calibracion para determinar el campo magnetico de accion contraria. Una vez realizada la calibracion, pueden transferirse datos desde el activador a la etiqueta. El procedimiento comienza con la generacion de una senal de activacion (1302). La senal de activacion puede ser un campo magnetico que vana rapidamente. Por ejemplo, se puede generar una forma de onda triangular de 100 Hz. El campo magnetico variable se detecta en la etiqueta (1304). El campo magnetico variable en determinados puntos contrarrestara el campo del iman y como tal causara un cambio en el campo magnetico detectado. En el funcionamiento normal, el campo magnetico no variara rapidamente con el tiempo y, como tal, cuando la etiqueta detecta el campo variable, la etiqueta puede entrar en un modo de calibracion (1306). La etiqueta puede indicar que ha entrado en modo de calibracion (1308) al activador enviando un tren de pulsos apropiado desde el transductor ultrasonico. El activador recibe la indicacion de que la etiqueta ha entrado en modo de calibracion (1310) y comienza a variar el campo magnetico (1312) que se detecta en la etiqueta (1314). La etiqueta indica la presencia o la ausencia de un campo magnetico detectado (1316) al activador. El activador determina el campo magnetico de accion contraria (1318) que provoco que la etiqueta no detectara ningun campo magnetico y establece los DAC (1320) utilizados para generar los campos magneticos representativos de '0' y '1'. La etiqueta entra en el modo de transferencia de datos (1322) y el activador comienza a transferir los datos (1324) que se reciben en la etiqueta (1326).
La figura 14 representa senales asociadas con la activacion de una etiqueta. Inicialmente, el activador en primer lugar acciona la bobina con una onda triangular a gran escala a una frecuencia de 100 Hz tal como se representa en la figura 14. Esto da como resultado una senal de "doble pulso" bastante distintiva desde el sensor de campo magnetico que se muestra en la figura 14. La etiqueta detecta la senal de doble pulso y entra en modo de calibracion. La deteccion de la forma de onda en la etiqueta se puede realizar determinando si el valor del sensor del campo magnetico es diferente de un valor detectado anterior, y si es diferente, mantiene el sensor del campo magnetico encendido y observa el valor detectado durante los proximos 20 ms o mas. Si los valores del sensor de campo magnetico parecen estar cambiando rapidamente, la salida del sensor de campo magnetico se observa durante un penodo de tiempo fijo y se cuenta el numero de transiciones en el valor. Si la frecuencia esta dentro del rango esperado de 200 Hz (dos transiciones para cada pulso triangular a 100 Hz), la etiqueta entra en modo de calibracion. Al detectar la senal variable, la etiqueta emite una secuencia distintiva de pings, que son diferentes de su tren de pings PPM habitual, para indicar al activador que esta entrando en el modo de calibracion. Aunque se representa como una forma de onda triangular que tiene una frecuencia de 100 Hz, es posible que la forma de onda tenga diferentes frecuencias o formas. Por ejemplo, la senal puede tener frecuencias que vanan de aproximadamente 10 Hz, o menos, a aproximadamente 10 kHz o mas. El intervalo de frecuencia de entre 10 Hz y 10 kHz es solo ilustrativo, y la frecuencia puede ser superior a 10 kHz o inferior a 10Hz.
Una vez que la etiqueta se encuentra en modo de calibracion, el activador intenta determinar la configuracion DAC requerida para contrarrestar el campo magnetico del iman. En el modo de calibracion, la etiqueta mantiene encendido su sensor de campo magnetico. Si el sensor de campo magnetico detecta la ausencia de un campo magnetico, la etiqueta emitira pings continuamente, de lo contrario la etiqueta permanecera en silencio. Para mayor precision, la etiqueta puede emitir pings inmediatamente despues de que el sensor de campo magnetico detecte la ausencia de un campo magnetico.
Si el sensor de campo magnetico se mantiene bajo durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo e ininterrumpido, entonces la etiqueta entra en modo de transferencia de datos. Si el sensor de campo magnetico no baja durante un largo periodo de tiempo, se asume que se ha producido un fallo en el proceso de activacion y la etiqueta puede volver a la operacion normal.
En el modo de calibracion, el activador puede buscar el "punto cero", es decir, la configuracion DAC que contrarresta el campo magnetico del iman en el sensor mediante el siguiente procedimiento del siguiente pseudocodigo. A continuacion, se supone que 'DAC0' es el primer DAC utilizado para generar el campo magnetico de accion contraria y que los valores de DAC pueden variar entre 0 y 4095.
Comience con el campo magnetico en cero (DAC = 2048)
° Si la etiqueta emite pings, no hay un iman presente: configure DAC0 a 2048 y regrese;
Aumente la configuracion DAC hasta que:
° se alcanza DAC = 4095;
° O la etiqueta emite pings;
Si la etiqueta ha emitido pings:
° Registre la configuracion DAC;
° Establezca el valor DAC a 4095;
° Disminuya lentamente el campo del iman (disminuya la configuracion DAC) hasta que la etiqueta emita pings;
° Registre la segunda configuracion DAC;
Si DAC alcanzara 4095:
° Establezca el campo magnetico de nuevo a cero (DAC = 2048);
° Disminuya la configuracion DAC hasta que la etiqueta emita pings; Registre el valor DAC;
° Establezca el valor DAC en 0;
° Aumente el valor DAC hasta que la etiqueta emita pings. Registre el valor DAC;
Establezca el valor DAC0 en el promedio de los dos valores registrados.
El activador mantiene despues el valor 'DAC0', hasta que la etiqueta deja de emitir pings. Una vez que se calibra el campo magnetico de accion contraria, la etiqueta se puede colocar en un modo de transferencia de datos en el que el activador establece el primer DAC con respecto al valor 'DAC0' calculado y establece el segundo DAC con respecto al valor adecuado 'DAC1' que garantiza que el sensor magnetico detecta un campo magnetico. El valor se puede determinar segun:
Si (DAC0 < 2048) entonces DAC1 = 4095;
o si no DAC1 = 1
Una vez configurados los DAC, los datos pueden transmitirse a la etiqueta conmutando la salida del multiplexor para seleccionar que DAC acciona la bobina.
La figura 15 representa otras senales asociadas con la activacion de una etiqueta. Tal como se describe mas adelante con referencia a la figura 15, es posible determinar la configuracion DAC requerida para contrarrestar el campo magnetico del iman en la etiqueta. Es posible combinar las formas de onda de activacion y calibracion en una unica etapa: la etiqueta observa la forma de onda que sale del sensor de campo magnetico, calcula un valor de calibracion e informa del valor calculado al activador.
Este procedimiento requiere que el sensor de campo magnetico se detecte con un temporizador de hardware en el microcontrolador de la etiqueta, o con un codigo de ejecucion rapida en el microcontrolador de la etiqueta, para medir los retardos temporales con una precision razonable. Para activar la etiqueta, el activador aplica una forma de onda asimetrica de diente de sierra a la bobina tal como se muestra en la figura 15. La senal de activacion de la bobina tiene un tiempo de aumento de aproximadamente 3,33 ms, un tiempo de cafda de aproximadamente 6,67 ms y un penodo de 10 ms (100 Hz). Aunque se representa como una forma de onda triangular que tiene una frecuencia de 100 Hz, es posible que la forma de onda tenga diferentes frecuencias o formas. Por ejemplo, la senal puede tener frecuencias que vanan de aproximadamente 10 Hz, o menos, a aproximadamente 10 kHz o mas. El intervalo de frecuencia de entre 10 Hz y 10 kHz es solo ilustrativo, y la frecuencia puede ser superior a 10 kHz o inferior a 10 Hz. Ademas, los tiempos de subida y bajada pueden variar segun la asimetna de la forma de onda.
La senal resultante que sale del sensor de campo magnetico, que se muestra en la figura 15 es similar a la forma de onda anterior de "doble pulso", excepto que los dos pulsos tienen diferentes longitudes. El que el pulso estrecho o ancho venga en primer lugar, depende de la polaridad del campo magnetico requerida para cancelar el iman de depredacion. Una vez que la etiqueta determina la presencia de la senal de activacion, las etiquetas miden los siguientes retardos: •
• T1 Anchura del primer pulso
• T2 Anchura del segundo pulso
• T12 Tiempo de retardo desde el final del primer pulso hasta el inicio del segundo pulso Dados estos valores, la etiqueta puede calcular el valor de calibracion requerido con el procedimiento del siguiente pseudocodigo:
Si (T2> T1) {
DACH = 4095 -(T12 * k1);
DACL = DACH - (T2 * k2);
DAC0 = (DACH DACL) >> 1;
} si no {
DACL = (T12 * k1);
DACH = DACH (T1 * k2);
} DAC0 = (DACH DACL) >> 1;
k1 y k2 son constantes derivadas de la frecuencia de la forma de onda, el ciclo de trabajo de la forma de onda y las unidades de medicion de T1, T2 y T12.
El valor 'DAC0' resultante, que puede variar entre 0 y 4095 por ejemplo, se devuelve en forma de pings al activador utilizando una secuencia de PPM distinta, diferente de un ping de PPM habitual. La etiqueta puede entonces entrar en modo de transferencia de datos.
El activador establece despues su valor 'DAC0' con respecto al valor proporcionado, establece 'DAC1' con respecto a un valor complementary adecuado y comienza la transferencia de datos.
La figura 16 muestra un procedimiento para operar una etiqueta de seguimiento. El procedimiento 1600 comienza cuando se activa una etiqueta (1602) y se implanta en la cavidad celomica de un animal. Despues, el animal puede ser devuelto al cuerpo de agua, con la etiqueta en operacion para transmitir periodicamente su ID unico. La etiqueta transmite su ID y cualquier otro dato adicional (1604), tales como informacion del sensor que incluye sensores de temperatura, sensores de aceleracion o cualquier otro sensor. Una vez se ha transmitido el ID, la etiqueta espera (1606) durante un penodo de tiempo. El penodo de tiempo que la etiqueta espera puede variar. Sin embargo, una vez que finaliza el penodo de espera, la etiqueta determina si una caractenstica detectada cruzo un umbral de depredacion (1608). El umbral de depredacion proporciona una indicacion de los valores caractensticos detectados que estan asociados con la etiqueta que se encuentra en un entorno acido. Si el valor detectado no ha cruzado el umbral de depredacion (No en 1608), la etiqueta transmite su ID y cualquier dato adicional de nuevo (1604). Si el valor detectado ha cruzado un umbral de depredacion (Sf en 1608), se ha producido un episodio de depredacion y, como tal, la etiqueta puede cambiar su modo de operacion. La etiqueta puede comenzar a transmitir un ID de depredacion (1610), que difiere del ID de etiqueta regular, para indicar que se ha detectado un episodio de depredacion. La etiqueta tambien puede transmitir datos adicionales, como lecturas de temperatura o valores de otros sensores. Los datos adicionales tambien pueden incluir una indicacion de la cantidad de tiempo que ha transcurrido desde la deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta, cambio que esta asociado con el episodio de depredacion. Despues de que se haya detectado un episodio de depredacion, ya no es necesario verificar si se ha cruzado el umbral de depredacion y, como tal, la etiqueta puede esperar (1612) durante un penodo de tiempo antes de transmitir nuevamente el ID de depredacion (1610). Las etiquetas de depredacion descritas anteriormente utilizan un material sensible al pH que se degrada preferentemente de manera rapida en un ambiente acido, pero no se degrada en un ambiente neutro o basico. Como se describe a continuacion, se desarrollaron y se analizaron varios materiales sensibles al pH para ver si son apropiados para su uso con etiquetas de depredacion. El material sensible al pH debe ser lo suficientemente robusto para sobrevivir meses dentro de la cavidad del cuerpo de un pez donde se implanta la etiqueta, pero se rompe con relativa rapidez una vez que se produce la depredacion.
Se utilizo quitosano para crear material sensible al pH. El material sensible al pH de quitosano se puede formar moldeando una suspension y evaporando el disolvente de la suspension. Las propiedades de hinchamiento y degradacion del quitosano pueden verse afectadas por diferentes aditivos tales como plastificantes y reticulantes. Los resultados de ensayos realizados en varias suspensiones de quitosano, asf como el uso de la suspension en las etiquetas, se detallan a continuacion.
Se utilizo quitosano de peso molecular medio (aproximadamente 750,000 daltons) en la preparacion y el analisis del material sensible al pH. El quitosano se adquirio de Sigma Aldrich™. Es de bajo coste con el 88% de desacetilacion, determinado mediante analisis por RMN. El quitosano se puede disolver en solucion y despues moldearse en forma de pelfcula o utilizarse como adhesivo. Las propiedades del quitosano y de su pelfcula se pueden adaptar en funcion del grado de desacetilacion, cristalinidad, pureza, peso molecular de la muestra, pH del entorno, presencia o ausencia de agentes plastificantes, condiciones de reticulacion, secado y aislamiento, y el acido utilizado en el disolvente. Se sometieron a ensayo varias suspensiones de quitosano para determinar la velocidad de degradacion en fluido celomico simulado, el grado de hinchamiento en fluido celomico simulado y el tiempo para degradarse en una solucion acida. Es deseable que el material sea estable en la cavidad corporal ventral de un pez y que se disuelva rapidamente en el estomago primitivo de los depredadores.
El quitosano se puede disolver en un disolvente protico para obtener una suspension uniforme que puede moldearse en forma de peftcula o utilizarse como un adhesivo. En el caso de la formacion de una peftcula, el disolvente se deja evaporar a lo largo de un penodo de tiempo. Se ha demostrado que la composicion de la solucion, la presencia de aditivos y las condiciones de evaporacion afectan a las propiedades del producto resultante.
El factor mas influyente en las propiedades del producto resultante es la eleccion de la mezcla de disolventes. Se consideraron cuatro soluciones acuosas acidas para la solvatacion del quitosano. Los solutos inclrnan acido L-ascorbico, acido cftrico, acido acetico y acido clorhftdrico. Los resultados del analisis de los solutos se presentan en la tabla 1.
Tabla 1: Efecto de varios solutos sobre la formacion de peftculas de quitosano.
Figure imgf000015_0001
Como puede apreciarse en la tabla 1, el acido acetico y el acido dtrico mostraron los resultados mas favorables y se utilizaron para ensayos adicionales. El uso de un agente plastificante puede mejorar las caractensticas de los materiales moldeados con acido acetico tal como se describe mas adelante. Los materiales de acido cftrico no mostraron caractensticas mejoradas con el plastificante y, como tal, el enfoque se centro en las suspensiones con acido acetico.
La adhesion de las peftculas y la suspension a los materiales del sustrato, tales como epoxi y parileno, puede ser importante para garantizar que la peftcula permanezca adherida a la etiqueta. Se realizaron estudios de suspensiones de quitosano con acido acetico centrados en la adhesion de la peftcula sobre un sustrato. Mientras se seca, a menudo la peftcula muestra una adherencia deficiente y se desprende. Se encontro que la adhesion de la peftcula al sustrato se podfa mejorar lijando la superficie del sustrato con papel de lija de grano 600. El lijado aumento el area superficial y permitio una fuerte adhesion, sin que se produjeran ni un desprendimiento ni un rizado en el borde de las peftculas. Todas las peftculas pasaron satisfactoriamente un ensayo de rayado y de cinta una vez que las superficies se hubieran lijado. Un ensayo de rayado consiste simplemente en rayar la superficie de la peftcula con una una, mientras que el ensayo de cinta se realizo adhiriendo un trozo de cinta adhesiva de la marca STAPLES™ de una pulgada y retirandolo rapidamente. Se considero positivo un ensayo si la peftcula permaneda intacta despues del ensayo. Las peftculas de quitosano se sometieron a ensayo para determinar su adhesion a una superficie recubierta con parileno y discos de epoxi. El quitosano mostro una buena adhesion al parileno. Despues de lijar, la peftcula de quitosano mostro una buena adhesion a los discos de epoxi. En general, se observo una buena adhesion despues de que el area superficial aumentara con el lijado y todos pasaron satisfactoriamente los ensayos de rayado y de cinta.
Las peftculas de quitosano moldeadas en acido acetico eran flexibles y fuertes. A fin de analizar las caractensticas de hinchamiento y de degradacion de las peftculas, asf como el efecto de los aditivos sobre las peftculas, las peftculas se sometieron a ensayo en fluido celomico simulado (SCF). El SCF se produjo con el fin de imitar las condiciones dentro de la cavidad corporal de un pez que son tfpicas de los peces marinos. El SCF estaba compuesto por: solucion tampon HEPeS 0.02 mM (83264-500ML, Sigma Aldrich), NaCI 124.1 mM (Sigma Aldrich), KCI 5.1 mM (Sigma Aldrich), CaCl2 H2O 1.6 mM (Sigma Aldrich) y MgSO4 H2O 1.0 mM (JT Baker). El pH de la solucion se ajusto a 8.20 utilizando NaOH 1 M. Las soluciones utilizadas en estudios biologicos tambien incluyen a menudo dextrosa y penicilina. Estas se omitieron en este caso, ya que se considera que tienen poca influencia sobre la conductividad ionica y la degradacion de las peftculas. Ademas, la dextrosa podna permitir que las bacterias crecieran en las muestras durante estudios a largo plazo.
Las pelfculas se dejaron asentar en 5 ml de SCF durante diferentes periodos de tiempo. Durante estos penodos de tiempo, las soluciones se agitaron diariamente y el fluido se reemplazo cada tres dfas para imitar la reposicion natural del fluido celomico en un pez vivo.
Antes de disponer las pelfculas en el SCF se pesaron para obtener su masa seca inicial. Despues de permitirles asentarse en el SCF durante un penodo espedfico de tiempo, se retiraron del fluido. Se secaron con frotando con golpecitos y se pesaron inmediatamente para obtener la masa humeda. Las pelfculas se dejaron secar durante una semana y luego se pesaron nuevamente para obtener la masa seca despues del ensayo. Usando estas tres masas diferentes (masa seca, masa humeda y masa seca despues del ensayo), se cuantifico el hinchamiento y la degradacion de las pelfculas, de la forma siguiente:
Figure imgf000016_0001
La ecuacion (1) muestra el hinchamiento experimentado por una pelfcula en el SCF, mientras que la ecuacion (2) muestra la perdida de masa de la pelfcula, lo que se denomina degradacion de la misma pelfcula.
Un valor del 100% de hinchamiento representana una pelfcula que ha duplicado su masa y, por lo tanto, ha experimentado un hinchamiento considerable. No es inusual que estas pelfculas finas absorban mucha agua mientras se encuentran en el SCF. Un valor del 0% de hinchamiento significa que ese cambio en la masa era indetectable, pero el 0% de hinchamiento no es caractenstico de estas pelfculas de quitosano. El % de degradacion generalmente se expresa como negativo, lo que significa que se ha perdido masa durante los estudios. Un valor del -50% de degradacion significana que la pelfcula ha perdido la mitad de su masa original. Los valores tfpicos son de aproximadamente el -10% de degradacion.
Se observo que el espesor de las pelfculas puede afectar drasticamente al hinchamiento y la degradacion de las pelfculas, como se observa en el grafico de la figura 17. Se dispusieron pelfculas de diferente espesor, de 0.05 a 0.25 mm, en SCF durante tres o siete dfas. La formulacion de la pelfcula fue del 2% en masa de quitosano con respecto al disolvente y del 20% en masa de glicerol con respecto al quitosano en acido acetico 0,2 M. Se observo que a medida que aumentaba el espesor de la pelfcula, el hinchamiento y la perdida de masa disminman.
Las pelfculas preparadas a partir de polfmero de quitosano puro tienden a ser quebradizas e incluso se agrietan al secarse. La adicion de plastificantes a la suspension formadora de pelfcula puede aliviar este problema. Esta adicion de plastificante puede mejorar la flexibilidad y posiblemente tambien las propiedades mecanicas de la pelfcula. No obstante, la adicion de plastificante puede provocar efectos adversos en las propiedades de la pelfcula, tales como el aumento del hinchamiento de pelfculas en solucion. Cuando el plastificante excede una determinada concentracion, tambien puede producirse una separacion de fases. La cantidad de plastificante utilizado en la formacion de pelfcula debe ser tambien lo suficientemente pequena como para evitar efectos toxicos y no biocompatibles, pero lo suficientemente grande como para aumentar la flexibilidad.
Los plastificantes de interes en la presente memoria incluyen glicerol, etilenglicol, poli(etilenglicol), eritritol, acido oleico, propilenglicol, acido dihidroxiestearico y sorbitol. Estos se seleccionaron sobre la base de un bajo coste, una baja toxicidad y una respuesta in vivo favorable. Son en su mayor parte polioles que pueden reducir la temperatura de transicion vftrea para el plastico, haciendolo mas flexible a la temperatura a la que se va a utilizar. Esto significa que, como consecuencia, la durabilidad debena aumentar. De estos plastificantes, el glicerol, el sorbitol y el poli(etilenglicol) estan facilmente disponibles y son de bajo coste. Los ensayos se realizaron en pelfculas moldeadas con estos tres plastificantes y los resultados se muestran en la figura 18. Se utilizaron dos formas de quitosano para este ensayo de plastificante: polfmeros de quitosano de peso molecular medio y bajo. Cada uno de estos quitosanos se analizo con los tres plastificantes. Se anadio una cantidad del 20% en masa de cada plastificante con respecto al quitosano a la suspension de quitosano para el ensayo. El quitosano de bajo peso molecular mostro resultados similares para todos los plastificantes en terminos de hinchamiento (analizado a los 7 dfas y 3 dfas) y degradacion (analizada a los 7 dfas). Sin embargo, el quitosano de peso molecular medio presentaba mas variaciones con los diferentes plastificantes. Las muestras de glicerol mostraron menos hinchamiento en comparacion con aquellas con sorbitol y poli(etilenglicol). La degradacion fue aproximadamente la misma para todos los plastificantes al utilizar quitosano de peso molecular medio.
A partir de lo expuesto anteriormente, se deduce que el plastificante de glicerol proporciona a las pelfculas de quitosano las caractensticas mas favorables y se utilizo para ensayos adicionales. Tambien se analizo la influencia de la cantidad de plastificante de glicerol en la suspension de quitosano. La figura 19 muestra la influencia de la concentracion, en porcentaje en peso, de glicerol con respecto al quitosano sobre el hinchamiento y la degradacion.
Cuanto mayor sea la concentracion de glicerol, mas hinchamiento experimentan las pelfculas en SCF. Las concentraciones mas altas de glicerol tambien conducen a una mayor degradacion. Existe un lfmite aparente en la concentracion de glicerol por encima del cual el hinchamiento salta a valores mucho mas elevados. Este lfmite es de entre el 20 y el 30 por ciento en masa de glicerol. Los datos indican que solo se necesita una pequena cantidad de glicerol para producir las propiedades de pelfcula deseadas. En consecuencia, el uso del 3% - 20% en masa de glicerol con respecto al quitosano cuando se forma el material sensible al pH puede proporcionar un hinchamiento deseablemente reducido, a la vez que mantiene la plasticidad y la flexibilidad de la pelfcula.
Ademas del plastificante, la pelfcula de quitosano puede incluir reticulantes. El uso de reticulantes sirve para proporcionar puentes o enlaces entre las cadenas de un polfmero para unirlas entre sf. Estos enlaces pueden ser covalentes o ionicos. Los agentes reticulantes tienen la capacidad de mejorar la densidad de la pelfcula y reducir la absorcion de agua al someterse a humectacion en SCF, lo que produce un menor hinchamiento de las pelfculas y una menor degradacion. La reticulacion tambien hace que disminuya la flexibilidad y aumente la dureza. En general, las interacciones anadidas pueden fortalecer la pelfcula de quitosano. El quitosano polimerico se puede reticular con compuestos tales como citrato de sodio, sulfato de sodio y cloruro de calcio. Para la reticulacion, las pelfculas simplemente se dejaron en remojo en la solucion de reticulacion (un determinado % en masa de reticulante mezclado en agua) durante un penodo de tiempo fijado, despues de lo cual se enjuagaron con cantidades abundantes de agua destilada para neutralizarlas. Se incluyo hidroxido de sodio en las suspensiones, ya que sirve para basificar las pelfculas que son acidas debido al acido acetico utilizado en la formulacion; no obstante, el hidroxido de sodio no participa en la etapa de reticulacion y no induce ninguna reticulacion. El citrato de sodio y el sulfato de sodio proporcionan ambos aniones polivalentes que se unen a las cadenas de quitosano para reticularlas ionicamente. Todas las pelfculas se reticularon durante un penodo de dos horas, a menos que se especificara lo contrario. Despues de la reticulacion, las pelfculas se dejaron secar antes de realizar mas ensayos.
La figura 20 representa los resultados del hinchamiento y la degradacion de las pelfculas moldeadas utilizando el 2% en masa de quitosano en la suspension y el 20% en masa de glicerol con respecto al quitosano en un disolvente de acido acetico 0,2 M y despues tratadas con diferentes reticulantes durante dos horas con un % en masa espedfico de reticulante. El hinchamiento disminuyo cuando se utilizo citrato de sodio como agente reticulante en comparacion con los otros, mientras que el control de unicamente NaOH y ningun agente de reticulacion mostro el mayor hinchamiento. La degradacion no se vio tan fuertemente influenciada por la reticulacion, ya que todos los valores de degradacion fueron relativamente bajos.
La concentracion de reticulante tambien se analizo para observar su efecto sobre el hinchamiento y la degradacion de la pelfcula. Para este ensayo se utilizo el citrato de sodio, que proporciono un reducido hinchamiento y una reducida degradacion. Se utilizo el 7% en masa estandar de NaOH junto con diferentes concentraciones de citrato de sodio. Las pelfculas se moldearon a partir del 2% en masa de quitosano en la suspension y el 20% en masa de glicerol con respecto al quitosano en acido acetico y disolvente acuoso. La figura 21 muestra el hinchamiento y la degradacion de la pelfcula al cambiar la concentracion de citrato de sodio del 0 al 30% en masa. El hinchamiento a los 3 dfas disminuyo a medida que aumentaba la cantidad de reticulante de citrato de sodio. La degradacion no mostro un patron regular despues de 3 dfas o 7 dfas, pero estuvo cerca de cero a concentraciones bajas despues de 7 dfas. Una concentracion de citrato de sodio deseable para la reticulacion era de aproximadamente el 10% en masa con respecto al quitosano.
Se llevo a cabo otro estudio para determinar la influencia del tiempo de reticulacion en el hinchamiento y la degradacion de la pelfcula. Los datos de este estudio se muestran en la figura 22. El tiempo de reticulacion se vario desde 0 (enjuague rapido) hasta 8 horas. El hinchamiento fue mayor para tiempos de reticulacion reducidos y la degradacion no se vio muy influenciada por el tiempo de reticulacion. Un tiempo de reticulacion mas corto es mas deseable en terminos de produccion. Por consiguiente, 30 minutos de reticulacion pueden proporcionar caractensticas de pelfcula favorables, a saber, reduccion del hinchamiento y reduccion de la degradacion, proporcionando simultaneamente un tiempo de produccion aceptable.
En general, la reticulacion es una etapa deseable en la formacion de una pelfcula de quitosano. La reticulacion con citrato de sodio reduce el hinchamiento y minimiza la degradacion. El empapamiento durante media hora en citrato de sodio al 10% en masa con respecto al quitosano es suficiente para proporcionar las propiedades deseables.
Se llevaron a cabo estudios de degradacion a largo plazo para evaluar el uso de los aditivos descritos. Los objetivos fueron proporcionar estabilidad al quitosano durante meses en el SCF, pero una rapida degradacion en el pH bajo del intestino de los peces. El estudio a largo plazo analizo la estabilidad de las pelfculas sumergidas en el SCF durante penodos de tiempo de hasta 90 dfas. Las pelfculas de quitosano se moldearon con el 2% en masa de quitosano de peso molecular medio y el 20% en masa de glicerol con respecto al quitosano en acido acetico y disolvente acuoso para estos ensayos. Se utilizaron varios reticulantes para este estudio a largo plazo y la figura 23 muestra los resultados.
Todas las pelfculas resistieron al SCF durante un penodo prolongado de 90 dfas. El hinchamiento fue menor en la pelfcula reticulada con citrato de sodio despues de 30 dfas (101%), mientras que la pelfcula dispuesta en el SCF durante 90 dfas y reticulada con citrato de sodio se hincho aproximadamente en un 112%. La degradacion en la pelfcula reticulada con citrato de sodio despues de 90 dfas fue de aproximadamente -2%. En general, las pelfculas mostraron una buena estabilidad a largo plazo en el SCF.
Los estudios de envejecimiento acelerado se realizaron en una pelfcula de quitosano de peso molecular medio con glicerol moldeada a partir de una solucion de acido acetico y agua. El envejecimiento acelerado se realizo disponiendo cuadrados de 1 x 1 cm de la pelfcula en un horno a 65°C durante 0, 2, 5 y 24 horas. Los resultados de los estudios de envejecimiento acelerado se pueden observar en la figura 24.
A medida que las pelfculas se calentaban para simular el envejecimiento, se decoloraban ligeramente, cambiando de un color casi incoloro a amarillo y se rizaban alrededor de los bordes. Esto tambien fue caractenstico de pelfculas que no se sometieron a un envejecimiento acelerado, es decir, las pelfculas que se dejaron en el banco durante varios meses, lo que indica que el procedimiento de envejecimiento acelerado era fiable como un procedimiento de pseudoenvejecimiento. Se observo una decoloracion extrema por encima de 65°C. Los estudios tambien mostraron una pelfcula que se volvio marron a medida que se calentaba a temperaturas tan altas como 100°C.
Despues de calentar las pelfculas para acelerar el proceso de envejecimiento, se analizaron en SCF y despues en una solucion acida de HCl para determinar las caractensticas de degradacion e hinchamiento. La figura 24 muestra el hinchamiento y la degradacion de las pelfculas despues de sumergirlas en SCF durante 24 horas. Los ensayos de envejecimiento acelerado mostraron que las pelfculas que se trataron a temperaturas elevadas durante penodos de tiempo prolongados experimentaron un aumento del hinchamiento. Esto puede atribuirse a una descomposicion de la estructura del polfmero, que en el caso de 24 horas a 65°C conduce a un hinchamiento extremo del 300%. La degradacion de las pelfculas de envejecimiento acelerado no parece alterarse con el proceso de envejecimiento, dado que todas las pelfculas se degradan aun tanto como otras analizadas. Se observa que la relacion entre el tratamiento de una pelfcula a 65°C durante 10 horas y el envejecimiento normal de la pelfcula no esta clara; sin embargo, los ensayos en una solucion de HCI para simular un episodio de depredacion muestran que cuanto mas tiempo se sometiera la pelfcula a temperaturas elevadas, mas rapidamente se degradaba. Todas las pelfculas se degradaron dentro de un periodo de dos horas, sin embargo, la pelfcula tratada durante 24 horas a 65°C se degrado en una hora. Por lo tanto, el envejecimiento no parece influir negativamente en el uso de estas pelfculas para la degradacion dependiente del pH.
Basandose en los estudios que se realizaron, una formulacion posible para una suspension de quitosano con aditivos adecuados para su uso como material sensible al pH en una etiqueta de depredacion se puede resumir de la forma siguiente. Se puede anadir un plastificante tal como glicerol en concentraciones del 3% al 20% en masa con respecto al quitosano. A esta concentracion, la pelfcula gana flexibilidad mientras que evita el hinchamiento extremo que es caractenstico de concentraciones mas elevadas de plastificante. La reticulacion se puede realizar con citrato de sodio, dado que disminuye el hinchamiento y la degradacion en comparacion con otros reticulantes. La concentracion de citrato de sodio que aumenta la resistencia de la pelfcula de quitosano mientras que reduce la degradacion fue de entre el 5% y el 30% en masa de la solucion de reticulacion. El tiempo de reticulacion tema poco efecto sobre las propiedades de la pelfcula en comparacion con las concentraciones de reticulante, por lo que fue suficiente una media hora.
La formulacion anterior puede ser adecuada para moldear una pelfcula sobre electrodos expuestos; sin embargo, era demasiado fluida como para adherir un iman a una etiqueta. La concentracion maxima de quitosano en una suspension que se podfa agitar con una barra de agitacion magnetica era del 2% en masa. Si se aumentaba la concentracion de quitosano, la suspension se tema que mezclar a mano. Pudieron lograrse mezclando a mano concentraciones tan altas como el 10% en masa. Se sometieron a ensayo suspensiones con concentraciones de quitosano del 2 al 10% en masa.
Las suspensiones agitadas habfan atrapado burbujas de aire y se les dejo asentarse y desgasificarse durante la noche. Las suspensiones de quitosano del 8 y el 10% en masa se paredan mas a una pasta. Todos excepto la suspension de quitosano al 2% en masa presentaban todavfa burbujas de gas remanentes despues de 24 horas de estar asentandose. El quitosano al 4% en masa tardo varios dfas en desgasificarse, lo que puede ser demasiado largo para la produccion. Por encima del 4% en masa, habfa problemas de uniformidad (grumos), incluso cuando el quitosano se disolvio. La solucion al 2% en masa se desgasifico rapidamente y era uniforme, pero no era lo suficientemente viscosa, mientras que la del 4% en masa era lo suficientemente viscosa y uniforme, pero se desgasifico demasiado lentamente. Una suspension con el 3% en masa de quitosano resulto aceptable para adherir un iman a la etiqueta. La suspension acuosa al 3% en masa era suficientemente viscosa, uniforme y se desgasifico durante la noche. Esta suspension de quitosano al 3% en masa se dispuso gota a gota en las etiquetas con un clip para papeles (aproximadamente 5 mm de longitud). El clip se utilizo para imitar el eventual iman de tierras raras y se ubico en una pequena cavidad de la etiqueta, tal como se representa en las figuras 8A-8C. La mezcla del 3% en masa de quitosano con perlas cubrio el clip y proporciono un adhesivo efectivo. Despues de dejar secar la suspension, se formo una pelfcula fina que protege el clip para papeles contenido en la cavidad.
Se puede producir un lote de 300 ml de la suspension del 3% en masa con 9 g de quitosano de peso molecular medio (3% en masa) suspendidos en 150 ml de agua destilada. Una vez suspendidos, se pueden anadir 150 ml de la solucion de acido acetico 0,4 M. Este proceso de dos etapas evita la aglomeracion del quitosano. La solucion se puede agitar a mano con una varilla de agitacion. A continuacion, se pueden anadir gota a gota 0,9 g (27 gotas) de glicerol (10% en masa con respecto al quitosano) mientras se agita una vez mas con una varilla de agitacion de vidrio. La suspension puede dejarse asentar durante la noche para que cualquier burbuja que se haya formado pueda escapar (desgasificacion).
La cantidad de suspension que se aplica a las etiquetas puede determinarse experimentalmente. Se encontro que la aplicacion de la suspension era mas facil si se hada dejando caer una gota sobre una etiqueta y anadiendo despues cada gota adicional, una en cada momento, con una etapa de secado intermedia. Se sometieron a ensayo ocho etiquetas con pelfculas secas en SCF durante la noche y luego se degradaron en una solucion de HCI. Habfa dos etiquetas, cada una con 1, 2, 3 o 4 gotas de suspension. Se aplicaron multiples gotas dejando secar la gota anterior antes de anadir otra. Una de cada una de las etiquetas de 1, 2, 3 y 4 gotas se reticulo utilizando NaOH al 7%/citrato de sodio al 10%, permitiendolas empaparse en la solucion de reticulacion durante dos horas. La solucion de reticulacion se produjo disolviendo 7 g de granulos de NaOH y 10 g de citrato de sodio en 100 ml de agua destilada. Una vez que hubieran pasado las dos horas, las etiquetas se retiraron y se enjuagaron con cantidades abundantes de agua destilada hasta que el diluyente fuera neutro, como se comprobo con papel de pH. Las etiquetas se colocaron en SCF durante la noche. Las etiquetas con mas de dos gotas mostraron un hinchamiento excesivo en el SCF.
Despues de que las etiquetas se asentaran en el SCF durante la noche, se dispusieron en una solucion de HCI debilmente acida (pH ~3) para evaluar el tiempo de degradacion. Se determino que el adhesivo se degradaba cuando el clip adherido se desprendfa de su cavidad. Las etiquetas se supervisaron cada media hora agitando el vial en el que se encontraban. La tabla 2 muestra el tiempo que se necesito para la degradacion del adhesivo segun el numero de gotas aplicadas y si estaba reticulado.
Tabla 2: Horas para degradar el adhesivo de quitosano en diferentes etiquetas.
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El adhesivo siempre se degrada en el orden de horas. Como era de esperar, cuantas mas gotas de suspension hubiera sobre la etiqueta, mas prolongada sena la degradacion. Los resultados tambien muestran que la etapa de reticulacion generalmente anade una hora adicional al tiempo de degradacion. Es deseable que el quitosano se degrade de forma relativamente rapida en el pH reducido del intestino del pez. La digestion puede durar desde un par de horas hasta un dfa, mas o menos, en los peces. Una o dos gotas de suspension de quitosano de peso molecular medio con una etapa de reticulacion senan suficientes como para mantener el tiempo de degradacion a aproximadamente seis horas o menos. Debe indicarse que en el intestino de un pez las etiquetas se sometenan a un tratamiento mas riguroso en terminos de accion de agitacion y un pH mas reducido.
Se sometieron a ensayo varias etiquetas pequenas que utilizan imanes de tierras raras que median aproximadamente 1 mm x 0.5 mm. En la etiqueta analizada, una batena se encontraba cerca del lugar donde se adhena el iman. Como resultado, el iman era atrafdo por los componentes metalicos de la batena, dificultando asf la adhesion. El iman tuvo que mantenerse en su sitio mientras el adhesivo de quitosano se secaba para que el iman permaneciera en la posicion correcta y no saltara a la batena. Para que esto tuviera lugar, solo se aplico inicialmente una pequena gota de suspension debajo del iman, mientras que una pieza de plastico que no tocaba el adhesivo, tal como unas pinzas, sostuvo el iman. El adhesivo de quitosano se seco proporcionando una union inicial entre el iman y la etiqueta suficiente para evitar que el iman saltara a los componentes metalicos de la batena. Despues de completar el secado, se pudo retirar la pieza de plastico y se pudo aplicar una segunda gota de adhesivo de quitosano para recubrir el resto del iman y proporcionar proteccion y robustez al iman y la etiqueta una vez implantados. La segunda gota podna ser de la misma suspension o una diferente, lo que significa que la concentracion de quitosano en las dos gotas puede ser diferente, tal como el 2, 3 o 4% en masa, dado que esto tiene un efecto relativamente pequeno sobre las propiedades del producto final. .
Las etiquetas con los pequenos imanes de tierras raras adheridos tal como se ha descrito se sometieron a ensayo en SCF. Los dispositivos se analizaron durante un penodo de siete dfas de immersion en SCF y el iman permanecio en su sitio durante este penodo de tiempo, aunque fue evidente a simple vista un hinchamiento del adhesivo. Despues de haber pasado por el SCF, las etiquetas se transfirieron a una solucion de HCI que simulaba un episodio de depredacion. El adhesivo se degrado rapidamente, en media hora, y el iman se desprendio de su sitio, generalmente saltando a la batena cercana. Esta degradacion fue mucho mas rapida que las etiquetas regulares que se analizaron utilizando un clip, lo que puede atribuirse a la fuerza atractiva entre el iman de tierras raras y los componentes magneticos de la batena cercana. El clip, por el contrario, caena desde su sitio debido a la gravedad.
Se han descrito anteriormente varias etiquetas de depredacion que utilizan un material sensible al pH para proporcionar un cambio medible cuando la etiqueta se encuentra en un entorno acido. Se ha descrito una formulacion de suspension de quitosano, que puede ser util como material sensible al pH. La suspension se puede utilizar para adherir imanes de tierras raras a las etiquetas de peces como una forma para detectar episodios de depredacion, o para el recubrimiento de electrodos u otros sensores.
Aunque se han descrito formas de realizacion espedficas de etiquetas de depredacion, junto con diversas formulaciones para material sensible al pH que es adecuado para su uso con la etiqueta de depredacion, se pueden proporcionar otras formas de realizacion que cambien una caractenstica medible cuando se encuentren en presencia de un entorno acido. La etiqueta puede detectar el cambio en la caractenstica y utilizarlo para ajustar el funcionamiento de la etiqueta a fin de indicar que se detecto un episodio de depredacion. Los expertos en la materia apreciaran que se pueden utilizar otras formas, disposiciones o configuraciones de etiquetas, sensores y materiales relacionados para proporcionar una indicacion de si un animal que esta siendo rastreado ha sido devorado por un depredador.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) para el seguimiento de un animal acuatico que comprende:
un sensor (204, 304, 404, 504a-b, 608a-b, 810, 1014, 1104, 1234) para detectar una caractenstica de la etiqueta;
un material sensible al pH (210a, 310, 410a, 506a, 610a, 710a, 808a) expuesto a un entorno externo de la etiqueta, degradandose el material sensible al pH en presencia de un entorno acido, causando la degradacion del material sensible al pH un cambio detectable en una caractenstica de la etiqueta detectada por el sensor; y
un transductor (1010, 1218) para transmitir una senal ultrasonica sobre la base de por lo menos la deteccion de la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
2. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 1, en la que el entorno acido es un intestino de un pez depredador.
3. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 1 o 2, en la que el material sensible al pH (210a, 310, 410a, 506a, 610a, 710a, 808a) no se degrada sustancialmente en un entorno neutro o basico.
4. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 3, en la que el entorno neutro o basico es una cavidad celomica del animal acuatico.
5. Etiqueta (800, 1230) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un sensor de campo magnetico (810, 1234) apto para detectar la presencia o la ausencia de un iman, en la que el iman esta fijado a la etiqueta mediante el material sensible al pH de manera que el iman se libera de la etiqueta cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido.
6. Etiqueta (200, 300) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende unos electrodos (208a-b, 308a-b) cubiertos en material sensible al pH, en la que una impedancia de los electrodos cambia cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido.
7. Etiqueta (400) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un electrodo elastico separado de un segundo electrodo por el material sensible al pH, en la que el electrodo elastico esta precargado para entrar en contacto con el segundo electrodo cuando el material sensible al pH (410a) se degrada en el entorno acido.
8. Etiqueta (500) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un extensometro elastico (504a) moldeado dentro del material sensible al pH de manera que cuando el material sensible al pH se degrada en el entorno acido el extensometro elastico (504b) cambia las configuraciones.
9. Etiqueta (600) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el sensor para detectar la caractenstica de la etiqueta comprende un dispositivo de transmision de luz (608a) y un dispositivo de recepcion de luz (608b) alineado con el dispositivo de transmision de luz y separado por el material sensible al pH para bloquear la transmision de luz desde el dispositivo de transmision de luz al dispositivo de recepcion de luz.
10. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el material sensible al pH comprende un quitosano.
11. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 10, en la que el material sensible al pH se moldea a partir de una suspension del quitosano y un disolvente.
12. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en la que el material sensible al pH comprende un agente plastificante.
13. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 12, en la que el material sensible al pH es tratado con un agente de reticulacion.
14. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende ademas un microprocesador acoplado al transductor y al sensor, controlando el microprocesador (1006) la transmision de la senal ultrasonica por el transductor (1010).
15. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 14, en la que el microprocesador mantiene una medida del tiempo transcurrido desde una deteccion de un cambio en la caractenstica de la etiqueta por el sensor.
16. Etiqueta (104, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 902, 1002, 1102, 1230, 1304) segun la reivindicacion 5, en la que un cambio en la presencia o la ausencia del iman detectado por el sensor cuando el iman se libera proporciona una indicacion de un episodio de depredacion.
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