MX2008005673A - Sistema de alta impedancia que genera campos electricos y metodo de uso - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema y método de generación de campos eléctrico (E-campos) variantes e invariantes de tiempo para varias aplicaciones.La generación de los campos-E utiliza materiales dieléctricos de alta impedancia que tienen una colección de tres propiedades imperativas de material:una alta constante dieléctrica ((), una alta resistividad de volumen (() y un alto esfuerzo de campo-E permisible máximo (() y geometrías que toman ventaja del modo en el cual los campos-E son divididos o distribuidos en redes de capacitancia en serie. Loa campos-E generados pueden actuar en base a un material de ensayo, incluyendo gas, líquido o sólido, en donde el material se encuentra fijo o en movimiento. El método permite que un campo-E de intensidad dada sea producido en el material de ensayo con una tensión aplicada (c significativamente más baja, o por el contrario, una intensidad de campo-E significativamente más alta con una tensión aplicada dada (c. El método prevéla corriente de conducción eléctrica a través del material de prueba, de esta manera, reduce de manera significativa la corriente de conducción eléctrica, el consumo de energía, el calentamientoóhmico y adquiere las reacciones indeseables electroquímicas en las interfases de electrodo/fluido. La energía acústica también podría ser aplicada.

Description

SISTEMA DE ALTA IMPEDANCIA QUE GENERA CAMPOS ELÉCTRICOS Y MÉTODO DE USO CAMPO DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención se refieren a un sistema para la aplicación de un potencial variante de tiempo, invariante de tiempo o de tensión de impulsos en una red de capacitancia en serie para producir o generar de otro modo campos eléctricos uniformes o no uniformes, los cuales a su vez, son utilizados para numerosas aplicaciones. De manera más particular, las modalidades emplean materiales dieléctricos con propiedades eléctricas particulares, situadas o configuradas de otro modo para formar redes de capacitancia en serie que dividen o distribuyen de otro modo el potencial aplicado entre electrodos opuestos, originando la concentración del campo-E (o a través) en un material de ensayo .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los campos eléctricos estáticos, variantes de tiempo de impulsos, con o sin un componente de campo magnético, si se considera débil o intenso para una aplicación particular, son utilizados en una diversidad de industrias para un intervalo amplio de aplicaciones. En algunas aplicaciones existentes, y en donde sean utilizadas las tensiones REF.:192713 aplicadas variantes e tiempo con las modalidades de la presente invención, los portadores de carga podrían moverse con relación al bastidor de laboratorio de modo que un componente de campo-B magnético acompañe el campo-E eléctrico, sin embargo, con las modalidades de la presente invención, sólo es pertinente el campo-E. Los ejemplos de aplicaciones de campo-E incluyen, aunque no se limitan a los siguientes : • electroforesis : ambos tipos de gel y capilaridad emplean una corriente eléctrica a través de medios de suspensión, la carga resistiva, de esta manera, se produce un campo eléctrico utilizado para separar, diferenciar y fraccionar ADN, proteínas y otras moléculas; • electroporación (electropermeabilización aka) : los campos eléctricos intensos, que a medida son pulsados con varias formas de onda y velocidades de impulsos, son utilizados para provocar la ruptura dieléctrica de las membranas celulares vivientes, afectando de esta manera la poración reversible y no reversible y/o la permeabilización con el propósito de transfección, pasteurización o esterilización; y • un fraccionamiento de flujo de campo eléctrico (FFF, aka EFFF, u~EFF, CyEFF y otros) : emplean un campo eléctrico ortogonal al flujo de fluido con el fin de separar, fraccionar y diferenciar grandes moléculas y/o partículas pequeñas de un líquido de ensayo. Hablando en términos generales, un proceso o efecto excitado, soportado o facilitado por la acción de un campo-E puede ser acelerado o mejorado de otro modo mediante el incremento de la intensidad de campo para una tensión aplicada dada, o por el contrario, reduciendo la tensión aplicada para una intensidad dada de campo. Esto es debido a la relación entre las propiedades de constante dieléctrica del material, la resistividad de volumen y el esfuerzo de campo permisible máximo, y el efecto que estos parámetros tienen sobre los elementos diacríticos de circuito de la intensidad del campo, la ruptura dieléctrica, la geometría de campo, el flujo de corriente y el consumo de energía. Las aplicaciones que preceden bajo la influencia o la acción directa de un campo-E a menudo son limitadas por los efectos indeseables del calentamiento óhmico, la electroquímica (la transferencia de carga faradaica) , la protección de campo mediante la formación electrolítica de doble capa, la polarización del electrodo y el consumo de la energía. La corriente eléctrica es un factor limitante para la intensidad aplicada del campo en dispositivos de electroforesis , de electroporación y de fraccionamiento de flujo de campo debido al calentamiento óhmico de los medios de trabajo (normalmente un líquido o un gel para estas aplicaciones), y la electroquímica indeseable en la interfaz de medios /electrodo (la transferencia de carga faradaica) . Por ejemplo, se ha invertido mucho esfuerzo a través de las dos últimas décadas para aplicar los procesos de electroporación clínica (principalmente utilizado para la inserción o transfección de células biológicas vivientes) en la pasteurización comercial isotérmica (comúnmente conocida como pasteurización no térmica de Campo eléctrico de Impulsos o PEF) . La electroporación reversible no es letal y es conseguida a través del control cuidadoso de la intensidad aplicada de campo y el tiempo de exposición, en donde la electroporación irreversible es marcada por la muerte celular, la inactivación metabólica o la apoptosis. Debido a la naturaleza de baja impedancia de los sistemas PEF, en donde electrodos conductivos desnudos son acoplados en forma directa con el fluido bajo tratamiento, se han empleado formas de onda de tensión de impulsos como el medio para reducir la energía promedio, el calentamiento óhmico y la electroquímica indeseable en la interfaz de fluido/electrodo. Lo mismo es verdadero para los métodos y dispositivos de electroforesis y fraccionamiento de flujo de campo eléctrico (EFFF) . Aunque un incremento en la intensidad de campo mejoraría la eficiencia y/o velocidad del proceso, el aumento de la tensión aplicada como un medio para incrementar la intensidad de campo origina una excesiva corriente eléctrica y el calentamiento asociado óhmico, también las reacciones indeseables electroquímicas y otras reacciones indeseables referidas con anterioridad. En el caso de los EFFF, se han realizado esfuerzos recientes para reducir la altura del canal del fluido utilizando técnicas de micro-maquinado y microelectrónicas , con lo cual se reduce de manera efectiva la dimensión de campo entre los electrodos y por lo tanto se incrementa la intensidad de campo mientras se mitiga el flujo de corriente eléctrica. Debido al que el incremento de la intensidad de campo-E también requiere el aumento en la tensión aplicada y/o la disminución en la distancia entre los electrodos, la ruptura dieléctrica de los medios de trabajo, ya sea un gas, líquido o sólido, es un factor limitante adicional en todas las aplicaciones. Aunque los materiales comunes dieléctricos de revestimiento o yuxtaposición entre los tradicionales electrodos conductivos en forma eléctrica y los medios bajo tratamiento permite que sea aplicada una tensión más alta, que implican una intensidad más alta del campo-E, el efecto es desplazado por una caída mucho más grande de la tensión a través del material dieléctrico que está siendo utilizado, de esta manera, se disminuye el campo-E en los medios bajo tratamiento. Esto sucede debido al modo en el cual cae la tensión, y por lo tanto, el campo-E es dividido o distribuido de otra manera en redes de capacitancia en serie. Sería ventajoso desarrollar un sistema para la generación de un campo-E que mitigue de manera significante o que resuelva por completo los efectos indeseables de los sistemas y métodos anteriores.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, una modalidad de la presente invención incluye un sistema de alta impedancia que genera un campo eléctrico y comprende: un par de electrodos que están constituidos por un material dieléctrico, en donde cada electrodo tiene al menos una superficie revestida con un material conductivo; y en donde cada material dieléctrico forma una barrera que separa el revestimiento conductivo del fluido de ensayo bajo tratamiento, una trayectoria o espacio de fluido que se forma entre el par de electrodos, de manera que el material conductivo se encuentre sobre una superficie de electrodo no en contacto con el fluido en la trayectoria o espacio; una fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso aplicada a través de los electrodos; y un alojamiento que contiene el par de electrodos, en donde el alojamiento es configurado para mantener un fluido estático o dinámico de ensayo en la trayectoria o espacio. Una modalidad del método de la presente invención incluye un método de ensayo o prueba de un fluido en un campo eléctrico que comprende: formar una trayectoria de fluido entre un par de electrodos, en donde los electrodos comprenden un material dieléctrico, y en donde cada electrodo tiene por lo menos una superficie revestida con un material conductivo, el material conductivo es colocado sobre la superficie de electrodo no en la trayectoria de fluido; alojar los electrodos, de manera que el fluido estático o dinámico de ensayo sea mantenido en la trayectoria; aplicar la fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso en cada superficie de los electrodos revestidos con el material conductivo, con lo cual, se crea un campo eléctrico; y provocar que el fluido ingrese en la trayectoria de fluido, de manera que el fluido sea sometido al campo eléctrico . El sistema y método de generación del campo-E utiliza materiales dieléctricos de alta impedancia que tienen una colección de tres propiedades imperativas de material: una alta constante dieléctrica (e) , una alta resistividad de volumen (p) y un alto esfuerzo de campo-E permisible máximo (f) y geometrías físicas que toman ventaja del modo en el cual los campos-E son divididos o distribuidos en redes de capacitancia en serie. Otras variaciones, modalidades y características de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, las figuras y las reivindicaciones .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 ilustra una primera configuración dieléctrica de la presente invención que tiene una geometría paralela; La Figura 2 ilustra una segunda configuración dieléctrica de la presente invención que tiene una geometría cilindrica; La Figura 3 ilustra tres secciones dieléctricas situadas para formar una red de capacitancia en serie; La Figura 4 ilustra un circuito equivalente de la geometría dieléctrica de la Figura 3; La Figura 5 ilustra dos placas de cerámica de titanato revestidas en un lado con una película delgada de metal de plata que forma una superficie conductiva de electrodo en cada placa; La Figura 6 ilustra una vista en perspectiva de los electrodos de la Figura 5 fijados en un soporte de viga de policarbonato con un espacio entre la formación de la trayectoria de fluido; La Figura 7 ilustra una vista superior de los electrodos de la Figura 6; La Figura 8 ilustra un soporte opuesto de viga fijo en el otro lado del arreglo que se ilustra en las Figuras 6 y 7; La Figura 9 ilustra una configuración de un dispositivo de campo-E de alta impedancia de la presente invención; La Figura 10 ilustra un diagrama de circuito equivalente para la geometría paralela de placa de las Figuras 6 y 7 ; Las Figuras 11 y 12 ilustran una configuración del sistema de ejemplo de acuerdo con las modalidades de la presente invención; y La Figura 13 ilustra un diagrama de circuito equivalente para la configuración que se ilustra en las Figuras 11 y 12.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para los propósitos de favorecer el entendimiento de los principios de acuerdo con las modalidades de la presente invención, se hará referencia a continuación a las modalidades ilustradas en las figuras y el lenguaje específico será utilizado para describir las mismas. Sin embargo, se entenderá que con lo cual no se pretende limitar el alcance de la invención. Cualquiera de las alteraciones y modificaciones adicionales de la característica inventiva que se ilustra en este documento, y cualquiera de las aplicaciones adicionales de los principios de la invención como se ilustran en la presente, que normalmente se les ocurrirán a una persona experta en la técnica relevante y que tienen posición de esta descripción, serán consideradas dentro del alcance de la invención reivindicada. Mientras que las modalidades de la presente invención tienen muchas aplicaciones, una modalidad dirigida a la electroporación de célula biológica se describe en este documento. El término electroporación, en algunas ocasiones llamado electropermeabilización en la literatura de patentes y académica, se utiliza de manera amplia para denotar el fenómeno asociado con la acción de un campo eléctrico sobre la membrana de una célula viviente. La electroporación de células suspendidas en un electrólito de fluido es importante en el contexto de la biología celular, la ingeniería genética, la terapia de fármacos, así como también, los procesos biotecnológicos tales como la pasteurización y esterilización. En función de la intensidad del campo, el tiempo de exposición y las configuraciones de forma de onda, los campos eléctricos aplicados pueden provocar una formación reversible o irreversible de poro, así como también otros defectos estructurales en las membranas de lípidos, que incluyen las membranas de bacterias, hongos, esporas, virus y células de mamíferos (soma) . En el caso de la electroporación reversible, el fenómeno es marcado por un incremento transitorio en la permeabilidad de difusión de la membrana, que ha sido utilizada durante décadas para la transfección de ADN, fármacos, colorantes, proteínas, péptidos y otras moléculas. Cuando el campo eléctrico aplicado induce una tensión crítica de transmembrana (Fc = 1 V para muchos tipos de bacterias) durante un periodo suficiente, la formación de poro y otros defectos de membrana se vuelven irreversibles provocando la muerte de la célula y/o una inactivación metabólica permanente, es decir, la pasteurización o esterilización. Los dispositivos y métodos de electroporación para uso clínico y de laboratorio han estado disponibles por décadas, y pueden ser comprados con facilidad para la transfección, pasteurización y esterilización de pequeños volúmenes de lote (normalmente, 1 l a 100 mi) . Mucho trabajo se ha invertido a través de las pasadas dos décadas para adaptar estos métodos clínicos y de laboratorio en las aplicaciones comerciales que requieren altas velocidades continuas de flujo en lugar de pequeños volúmenes de lote. Muchos dispositivos y métodos han sido propuestos, implementados y patentados, no obstante, común a toda la técnica actual y anterior es el uso de electrodos eléctricamente conductivos de baja impedancia conectados en forma directa con el fluido que está siendo tratado. Esto hace equivalente el circuito para estos dispositivos con una red de resistencia en el modo de estado continuo, acompañado por los requisitos de parámetro de la corriente de conducción eléctrica, el calentamiento óhmico, la transferencia de carga de interfaz, la formación de doble capa, las reacciones electroquímicas y el excesivo consumo de energía. Estos parámetros de carga resistiva cuentan para el uso en todos lados de las formas de onda de impulsos que son empleadas en los tradicionales dispositivos de electroporación. El uso de las formas de onda de impulsos (en algunas ocasiones llamadas PEF) , ya sea unipolar, bipolar u otras formas, y sin considerar los tiempos de elevación y decadencia, todos son aplicados para mitigar los efectos indeseables mencionados de redes resistivas de baja impedancia comunes en la técnica actual y anterior en este campo. En el caso de los intentos para adaptar estas técnicas en una aplicación comercial de pasteurización, de calentamiento óhmico, las reacciones indeseables electroquímicas y el excesivo consumo de energía han sido particularmente problemáticas. Las modalidades de la presente invención, la electroporación de alta impedancia forjada por los inventores (de aquí en adelante: ME), mitiga muchos de los efectos indeseables mientras que proporciona para que sea más efectivo que los sistemas y métodos anteriores para aplicaciones de lote y alta velocidad de flujo continuo. Las Figuras 1 y 2 muestran una configuración dieléctrica en paralelo 100 y una configuración dieléctrica cilindrica 150, de manera respectiva, que podrían utilizarse para facilitar las modalidades de método de la presente invención. Cada configuración muestra un material dieléctrico 105, 155, un revestimiento conductivo eléctrico 110, 160 y un material 115, 165 bajo prueba o influencia de campo-E. Para los elementos capacitivos que forman redes en serie utilizadas para facilitar las modalidades de la presente invención, es conservado el desplazamiento de carga y el gradiente de potencial (caída de tensión) , junto con el campo eléctrico, se distribuye de manera proporcional a cada constante dieléctrica de material antes de la relajación de carga para cada sección de material en la red. La Figura 3 considera tres secciones dieléctricas 170, 175 y 180 situadas para formar una red de capacitancia en serie 125. Los campos-E 130, 135 a través de cada una son identificados. La Figura 4 muestra un diagrama de circuito 140 que representa la red 125 de la Figura 3. Considerando el arreglo que se representa en la Figura 3, si la constante dieléctrica de las secciones Ci 170 y Ci 180 fuera significativamente más grande que Ci 175, durante la respuesta transitoria de un impulso (función de etapa), el potencial a través, y el campo-E a través de Ci 170 y Ci 180 será muy pequeño si se compara con el potencial a través y el campo-E a través de la sección Ci 175. Esta relación se concentra, de manera efectiva, en el gradiente total de potencial disponible para el desarrollo de campo en la sección central, (en este ejemplo, Ci 175) la misma relación se aplica a las redes comprendidas de 2 , 4 o múltiples geometrías de sección dieléctrica. Como resultado, un esfuerzo mucho más grande de campo puede ser aplicado a través del material bajo prueba o tratamiento que con los métodos y dispositivos de la técnica actual y anterior. Además, el uso de electrodos dieléctricos con una alta resistividad de volumen limita el flujo de corriente eléctrica, el calentamiento óhmico y el consumo de energía, así como también, adquiere las reacciones indeseables electroquímicas en las interfases de electrodo. Los inventores de la misma demostraron la efectividad de las modalidades de la presente invención por medio de una experimentación confidencial . La siguiente descripción detallada la experimentación que incluye el sistema y metodología que se utilizaron. Sin embargo, aquellas personas expertas en la técnica entenderán que el alcance de la presente invención no se limita a los sistemas experimentales y/o metodología utilizada. A continuación, con referencia a la Figura 5, son mostrados dos electrodos dieléctricos de alta impedancia 200 fabricados de cerámica de titanato plomo-magnesio-plomo. Otros materiales, tales como un compuesto particulado/epóxico de alta constante dieléctrica o materiales que tienen propiedades similares también pueden ser utilizados. Dos placas de cerámica de titanato 200 fueron revestidas sobre un lado con una película delgada de metal de plata formando una superficie conductiva 210. En una modalidad, los electrodos midieron un espesor de 10 mm por 10 mm de ancho por 100 mm de longitud y la cerámica dieléctrica tuvo las siguientes propiedades de material eléctrico: • la constante dieléctrica eléctrica: 5.3e"08 [Fpf1] (constante dieléctrica relativa er - 6000); • la resistividad de volumen: = 1012 [O-cm] ; y • el máximo esfuerzo permisible de campo: 9.0e+06[Vm_1] . Como se muestra en las Figuras 6 y 7, los electrodos 200 fueron fijados en un soporte de viga de policarbonato 220 con un espacio entre los mismos que forma un canal de trayectoria de fluido 230 que mide 1 mm de profundidad por 10 mm de ancho por 100 mm de longitud formando una trayectoria o volumen de espacio de fluido de 1000 mm3 o 1 mi . Un puerto de fluido 225 permite la entrada o la salida de flujo del fluido de ensayo. Debido a que la fuerza de atracción transmitida por el campo entre los electrodos 200 es formidable cuando el sistema es cargado, las vigas de soporte 220 fueron proporcionadas como una liberación estructural de esfuerzos para los electrodos de cerámica 200. Se observa que los electrodos 200 son situados para formar una red de capacitancia en serie acoplada con el líquido de prueba que está siendo tratado. La flecha de dirección A que se muestra en la Figura 7 representa la dirección del campo-E generado. La Figura 8 muestra un soporte opuesto de viga 250 que complementa una trayectoria de fluido hermética de líquido. A continuación, con referencia a la Figura 9, los electrodos 200 y los soportes de viga 220 fueron entonces colocados en un alojamiento 260 (por ejemplo, un tubo de PVC de 3.17 centímetros (1 1/4 pulgadas), el cual fue llenado con un material epóxico dieléctrico de alta tensión 265. Las guías de cable de alta tensión positiva 270 y negativa 275, y los accesorios de tubo de fluido 280, 285 también fueron fijados para formar el dispositivo final ME 300 (denominado como abatida ('abatís') por los inventores de la misma). Una suspensión de líquido/bacterias que está siendo tratada fue pasada a través de la trayectoria de fluido por tubos de transporte conectados con el accesorio de tubo de entrada 280 y el accesorio de tubo de salida 285 como se muestra. Los alambres de alta tensión positiva y negativa 290, 295, de manera respectiva (se muestran en la Figura 11) fueron alimentados a través de las guías de cable positiva y negativa 270, 275 y se situaron en contacto directo con la superficie conductiva de plata 210 de cada electrodo respectivo 200 formando una conexión eléctrica para la carga del sistema. La Figura 10 muestra un diagrama de circuito equivalente 310, y la leyenda para esta geometría paralela de placa.

Las Figuras 11 y 12 muestran una configuración completa de sistema 350. Por motivos de seguridad, el dispositivo ME 300 fue montado sobre una mampara dieléctrica de alta tensión (por ejemplo, una lámina de plástico de policarbonato de 0.64 centímetros (1/4 pulgadas) y fue alambrado con una alimentación de energía eléctrica de 120 kVDC, 310. Un primer vaso de precipitados de abastecimiento de fluido de 600 mi, 320, fue montado en posición vertical por encima del dispositivo HIE 300, de manera que por medio de la gravedad, el líquido inoculado se drenaría hacia la entrada de fluido 280 y a través del dispositivo HIE 300. Un segundo vaso de precipitados de 600 mi, 325, fue colocado en un nivel por debajo del dispositivo HIE 300 dentro del cual el líquido tratado sería drenado de la salida de fluido 285. La Figura 13 muestra un diagrama de circuito equivalente 360 para la alimentación de energía eléctrica 310 y el dispositivo HIE 300. Antes de la operación del sistema con un líquido inoculado de prueba con bacterias, el dispositivo HIE 300 fue llenado con Triptic Soy Both estéril y sus propiedades eléctricas fueron medidas. La Tabla #1 muestra los valores previstos y medidos: Tabla #1 En donde : Ct la capacitancia efectiva total, [pF] ; en Picofaradios Rt resistencia total en serie [O] ; ohmios Ei campo eléctrico a través del líquido bajo prueba [Vrrf1] ; voltios por metro Fa tensión aplicada (DC) , [V] ; voltios Is corriente en serie, [Á] ; amperios (corriente transitoria de desplazamiento no medida) . Durante un impulso de 1 s , el campo-E máximo a través del líquido bajo ensayo fue del orden de 8.5e+07 Vrrf1 , lo cual es igual a 850 kV/cm, que representan un campo eléctrico formidable. No obstante, la corriente eléctrica a través del dispositivo HIE 300, fue del orden de 4.5e-07 amperios que representan una corriente extremadamente baja dado el intenso campo eléctrico generado (esta figura no incluye la corriente transitoria de desplazamiento) . Los valores medidos representan el promedio de tres (3) prueba separadas. La alimentación de energía eléctrica fue apagada y ei dispositivo HIE 300 fue descargado en su totalidad entre cada medición. El sistema 350 para la prueba de electroporación fue operado en una tensión aplicada (Fa) de 10 kV. El campo eléctrico Ei presentado en el líquido inoculado bajo tratamiento en esta tensión fue de 7.82e+06 Vrrf1, o aproximadamente de 78 kV/cm. En base a la escala física de la bacteria E. coli, éste campo es adecuado a 7.82 Vµrrf1, y es suficiente para conseguir el potencial crítico de transmembrana (por ejemplo, Fc = 1 voltio) a menudo citado como un umbral para la electroporación de membrana. La corriente eléctrica de conducción (la) a través del dispositivo HIE 300 durante la prueba fue aproximadamente de 4.6e-08 Á (0.046 microamperios) . El consumo promedio de energía Pavg sólo en el dispositivo HIE 300, no incluyendo las pérdidas del cable y la alimentación de energía, fue del orden de 4.6e-04 W (460 micro-vatios). Debido a que el volumen del líquido tratado fue de 600 mi, y el tiempo total para completar el paso del flujo fue aproximadamente de 480 segundos, la disipación total de energía Ut fue del orden de 2.2e-01 J (221 miliJoules), colocando el consumo específico de energía Us en 1.75e-03 kJ/IR?og (1.75 joules/litro-reducción de logaritmo) . El tiempo acumulativo de exposición (tx) fue de aproximadamente 800 ms , el promedio contra la velocidad de flujo del tiempo total de proceso de 480 segundos. La carga bacterial en el líquido de ensayo fue reducida en un 38% (la fracción asesina en términos de cfu/ml), o la reducción de logaritmo aproximadamente de -0.21 logio. La fracción asesina señalada es un promedio de siete muestras interceptadas tomadas en los mismos intervalos durante el período de prueba. Aunque una reducción de -0.21 log no es significante para el propósito de la pasteurización comercial, si es significante para el propósito de demostrar la efectividad de las modalidades de la presente invención como son aplicadas a la electroporación de célula viva. Ningún intento fue realizado para detectar o medir el alcance de la electroporación reversible (es decir, el incremento transitorio en la permeabilidad de la membrana) , aunque dada la gran fracción asesina, los efectos de electropermeabilización en la fracción sobreviviente cohabitante son inmutables. Un estudio de la literatura comercial, académica y de patentes cubre el alcance de los dispositivos de electroporación, métodos y teoría no cubierta de distintas tensiones aplicadas, intensidades de campo, formas de onda, velocidades de impulsos, perfiles de elevación/declinación, geometrías y esquemas de flujo de fluido. Todos los anteriores de la técnica actual y anterior emplean electrodos eléctricamente conductivos de baja impedancia conectados en forma directa con el líquido bajo tratamiento, de esta manera, hace el circuito equivalente una carga predominantemente resistiva en la condición de estado continuo (existen elementos de capacitancia e inductancia en todas la redes de resistencia, sin embargo, estos elementos de circuito no son pertinentes para este examen) . Esto es verdadero para los sistemas clínicos, de laboratorio y comerciales. Sin embargo, las modalidades de la presente invención comprenden una red de capacitancia en serie. La siguiente tabla presenta una vista general de los parámetros eléctricos críticos para la operación de los dispositivos de electroporación y los sistemas examinados (el intervalo de algunos valores es amplio, aunque todavía es instructivo) . Tabla #2 En donde : Fa tensión aplicada, [kV] ; kilovoltios Ei intensidad de campo, [Vrrf1] y [kV cm"1]; voltios por metro, y kilosvoltios por centímetro tp ancho del impulso, [10 µs]; microsegundos fp frecuencia del impulso, [Hz] ; Hertz (como impulsos por segundo, no ciclos por segundo) Us energía específica, [kJ/IR?og] ; kilojoules por litro por reducción log. Los datos colectados a partir del estudio incluyen un intervalo amplio de los efectos de electroporación reversible (permeabilización transitoria) e irreversible (muerte) , un número de diferentes tipos de bacterias e incluye sistemas con geometrías coaxiales (cilindrica) y paralela de trayectoria del fluido, así como también esquemas de flujo de tipo de lote y continuo. Sin embargo, la energía específica U? requerida para el dispositivo o método para afectar la fracción asesina alcanzada fue citada rara vez (la última columna en la Tabla #2 ) . El examen o estudio conducido por los inventores, que con frecuencia requieren cálculos extramuros para los reportes bajo estudio, revelaron que la magnitud del consumo de energía contra la fracción asesina es totalmente alta como se muestra. En contraste, el dispositivo de electroporación HIE 300 fabricado para la presente demostración consumió una energía específica (Us) en el orden de 1.75e-03 kJ/lR?og, algunos 4 órdenes de magnitud más bajos que la energía específica más baja (Us) reportada y 6 órdenes de magnitud menores que la energía específica más alta reportada (U?) . Este bajo consumo de energía por litro por reducción log, debido a la alta impedancia de las modalidades de la presente invención, además es para resolver por completo ios problemas de ia electroquímica de fluido/electrodo y el calentamiento óhmico presentado por la técnica actual y anterior en este campo. Aquellas personas expertas en la técnica reconocerán que aún cuando una tensión DC invariante de tiempo (impulso de onda cuadrada) fue utilizada para cargar (energizar) el dispositivo HIE 300 en la presente demostración, también puede utilizarse una tensión aplicada variante de tiempo (AC) . Además, mientras que fue empleada una geometría paralela de placa para una geometría de capacitancia en serie, otras geometrías tal como la geometría coaxial (la capacitancia en serie cilindrica) pueden ser aplicadas del mismo modo. Además de la aplicación de la generación de campo de alta impedancia a la electroporación de células biológicas, los inventores han encontrado una acción concordante entre la aplicación de energía acústica y la electroporación. La energía acústica puede ser aplicada por cualquier medio deseado. Por ejemplo, la energía acústica puede ser aplicada 1) por la acción de un transductor piezoeléctrico acoplado con el dispositivo HIE 300, de tal modo y en tal configuración para que transmita la energía acústica al fluido en la trayectoria 230 o el espacio concurrente, concatenado entre y/o consecuente con el impulso aplicado de campo eléctrico; o 2) mediante la acción de una respuesta piezoeléctrica del electrodo dieléctrico 200 por sí mismo, en donde el material elegido como el material de protección tiene propiedades dieléctricas adecuadas y también es un material piezoeléctrico. En este caso, la energía acústica es transmitida al fluido bajo tratamiento o ensayo en forma concurrente (tanto en el espacio como en el tiempo) con la aplicación del potencial aplicado. En este caso, la energía acústica tiene el mismo tiempo de duración de impulso e intervalo de impulso que el campo aplicado. También es posible que ambos medios de aplicación de la energía acústica puedan ser utilizados en un sistema simple. Es decir, el electrodo dieléctrico formado de un material piezoeléctrico actúa para transmitir el campo eléctrico y la energía acústica al fluido bajo tratamiento, de manera simultánea, mientras que un segundo transductor electoacústico o mecánicoacústico dedicado es situado y configurado para transmitir la energía acústica al fluido bajo tratamiento ya sea en forma concurrente, concatenado entre y/o consecuente con el campo aplicado. La aplicación de un frente de onda longitudinal acústica de impulsos a una célula biológica durante o inmediatamente después de que sea electroporada presenta una presión periódica de radiación a la membrana de la célula. Esta electroporación provoca poros abiertos que se desarrollan a través de la membrana celular, la acción de la presión de radiación, presentada como una fuerza perpendicular al eje polar de la membrana celular, provoca que se deforme la célula. Dada la inercia de masa de la célula y la viscosidad del sobrenadante, la célula se aplana en el polo bajo la influencia de la fuerza de radiación. A medida que se aplana la membrana de la célula en el polo (el eje polar es paralelo al vector de la fuerza de radiación), el ángulo incidente entre el vector de radiación y las porciones de la membrana radial al eje polar disminuyen en forma progresiva, es decir, se vuelven más perpendiculares al vector de fuerza, de esta manera, avanza el proceso de aplanado. Este proceso de aplanado continúa hasta que la fuerza de radiación es superada por las fuerzas contrarias inercial y viscosa en juego y la célula comienza a moverse. Sin embargo, durante el periodo de aplanado, cualquiera o ambas de las dos cosas suceden con relación a la geometría de la célula: 1) el volumen interno de la célula disminuye o 2) el área de la membrana se incrementa (mediante el estiramiento) . La fuerza que se origina a partir de la presión de radiación acústica longitudinal de onda plana perpendicular es un fenómeno de estado continuo, por lo tanto, la acción de aplanado sólo sucede una vez, después de lo cual, la forma de la célula tiende a recuperarse, y posteriormente, la totalidad de la célula tiende a moverse con la parte frontal de la onda. No obstante, si la energía acústica fuera de pulsos, la acción de aplanado/recuperación continuaría a la velocidad del impulso con la condición de que la velocidad de impulso sea presentada a una frecuencia más baja que el tiempo de relajación de recuperación de la forma mecánica de la célula. Debido a que la deformación en forma periódica se incrementa y disminuye el volumen interno de la célula, el resultado es una acción de "bombeo" . La acción de bombeo provoca que el fluido citoplásmico sea bombeado fuera de la célula, así como también que el fluido celular adicional (sobrenadante) sea bombeado hacia la célula. La acción sirve para precipitar o acelerar la parálisis celular conduciendo a la muerte y/o inactivación metabólica del organismo, por lo tanto, se mejora la eficiencia y/o fracción asesina para un campo eléctrico dado y el periodo de exposición de campo. Aunque la presente invención ha sido descrita en detalle con referencia a varias modalidades, las variaciones y modificaciones adicionales existen dentro del alcance y espíritu de la presente invención como es descrito y definido en las siguientes reivindicaciones . Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (28)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un sistema de alta impedancia para la generación de un campo eléctrico, caracterizado porque comprende: un par de electrodos que incluye un material dieléctrico, en donde cada electrodo tiene al menos una superficie revestida con un material eléctricamente conductivo, y en donde el material dieléctrico forma una barrera que separa el revestimiento conductivo del fluido de ensayo bajo tratamiento; una trayectoria o área de espacio de fluido formada entre el par de electrodos, de manera que el material conductivo se encuentre sobre la superficie de electrodo no en contacto con el fluido de ensayo en la trayectoria o espacie- una fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso aplicada a través de los electrodos; y un alojamiento que contiene el par de electrodos, el alojamiento es configurado para mantener un fluido estático o dinámico de ensayo en la trayectoria o espacio.
2. 2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material dieléctrico tiene, en forma colectiva, una constante dieléctrica estática más grande de 8.8e-ll Fm"1 © < 1.0 KHz, una resistividad de volumen más grande que 1.0E+04 Ocm y un esfuerzo de campo eléctrico permisible máximo más grande de 1.0 kVmrrf1.
3. 3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos son alargados, de sección transversal cuadrada y se encuentran situados en paralelo .
4. 4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la trayectoria o espacio de fluido se encuentra entre los electrodos.
5. 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos son tubos alargados que tienen diferentes diámetros.
6. 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque los electrodos son situados en una geometría coaxial con el electrodo de diámetro más pequeño colocado dentro del electrodo de diámetro más grande formando una trayectoria o espacio de fluido anular entre los mismos.
7. 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie exterior del electrodo de diámetro más grande y la superficie interior del electrodo de diámetro más pequeño es revestida con un material eléctricamente conductivo.
8. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material dieléctrico de barrera es un compuesto particulado/epóxico de cerámica de alta constante dieléctrica u otro material dieléctrico.
9. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido bajo prueba o tratamiento es de fase de líquido, gas o sólido.
10. 10. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende los medios de aplicación de la energía acústica de impulsos al fluido de ensayo .
11. 11. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un transductor electroacústico o mecanoacústico que puede ser operado para aplicar energía acústica al fluido de ensayo.
12. 12. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos son fabricados de un material piezoeléctrico que puede ser operado para aplicar energía acústica al fluido de ensayo.
13. 13. Un sistema de alta impedancia para la generación de un campo eléctrico, caracterizado porque comprende: un par de electrodos que incluye un material dieléctrico, en donde cada electrodo tiene al menos una superficie revestida con un material eléctricamente conductivo, el material dieléctrico forma una barrera que separa el revestimiento conductivo del fluido de ensayo bajo prueba o tratamiento, y tiene una constante dieléctrica más grande de 8.8e-ll Fm"1 @ = 1.0 KHz, una resistividad de volumen más grande que 1.0E+04 Ocm y un esfuerzo de campo eléctrico permisible máximo más grande de 1.0 kVmrrf1; una trayectoria o espacio de fluido formado entre el par de electrodos, de manera que el material conductivo se encuentre sobre la superficie de electrodo no en contacto con el fluido de ensayo en la trayectoria o espacio; una fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso aplicada a través de los electrodos, en donde el material dieléctrico es situado en una geometría paralela o coaxial que forma una red de capacitancia en serie con el fluido bajo prueba o tratamiento que concentra o intensifica el campo eléctrico presentado al fluido; y un alojamiento que contiene el par de electrodos, el alojamiento es configurado para mantener un fluido estático o dinámico de ensayo en la trayectoria o espacio.
14. 14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material dieléctrico de barrera aisla el fluido del revestimiento eléctricamente conductivo evitando, de manera sustancial, la corriente faradaica y la electroquímica en las interfases de fluido/electrodo.
15. 15. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material dieléctrico de barrera además aisla el fluido de revestimiento eléctricamente conductivo evitando, de manera sustancial, la corriente de conducción electrónica y iónica a través, y el calentamiento óhmico, del sistema.
16. 16. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende un dispositivo para la aplicación de una energía acústica de impulsos al fluido de ensayo bajo el tratamiento o prueba de campo eléctrico, la energía acústica está siendo aplicada concurrente en el tiempo o en el espacio, y/o concatenada en el tiempo o espacio y/o consecuente en el tiempo o espacio a/con la aplicación del campo eléctrico.
17. 17. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un transductor electroacústico o mecanoacústico que puede ser operado para aplicar energía acústica al fluido de ensayo.
18. 18. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos son fabricados de un material piezoeléctrico que puede ser operado para aplicar energía acústica al fluido de ensayo.
19. 19. Un método de ensayo de un fluido en un campo eléctrico, caracterizado porque comprende: formar una trayectoria o espacio de fluido entre un par de electrodos, en donde los electrodos incluyen un material dieléctrico, y en donde cada electrodo tiene al menos una superficie revestida con un material eléctricamente conductivo, y en donde el material dieléctrico forma una barrera que separa el revestimiento conductivo del fluido de ensayo bajo tratamiento o prueba, y el material conductivo colocado sobre la superficie de electrodo no se encuentra en contacto con el fluido de ensayo en la trayectoria o espacio; alojar los electrodos, de manera que el fluido de ensayo sea mantenido en un estado estático o dinámico dentro de la trayectoria o espacio; aplicar una fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso a cada superficie de los electrodos revestidos con el material conductivo, con lo cual se crea un campo eléctrico y a través del fluido de la trayectoria o espacio; y provocar que un fluido entre en la trayectoria o espacio del fluido, de manera que el fluido de ensayo sea expuesto al campo eléctrico y con lo cual sea tratado o sometido a prueba.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende seleccionar un material dieléctrico que tenga una constante dieléctrica más grande de 8.8e-ll Fm"1 @ = 1.0 KHz, una resistividad de volumen más grande que 1.0E+04 Ocm y un esfuerzo de campo eléctrico permisible máximo más grande de 1.0 kVmrrf1, de esta manera se aisla eléctricamente el fluido de ensayo, con lo cual se evita, de manera sustancial, la corriente faradaica, la corriente de conducción eléctrica y la electroquímica en la interfaz de fluido/electrodo, así como también, el calentamiento óhmico a través del material de ensayo bajo prueba o tratamiento.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende dos electrodos dieléctricos que forman la trayectoria o espacio de fluido entre dos electrodos alargados y paralelos, en donde los electrodos tienen una sección transversal cuadrada o rectangular, y en donde la geometría paralela de electrodo forma una red de capacitancia en serie con el fluido de ensayo, con lo cual, se incrementa o concentra el campo eléctrico a través del fluido de ensayo.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende dos electrodos dieléctricos que forman la trayectoria o espacio de fluido entre dos electrodos tubulares situados en posición coaxial, y en donde la geometría coaxial de electrodo forma una red de capacitancia en serie con el fluido de ensayo, con el cual, se incrementa o concentra el campo eléctrico a través del material bajo prueba o tratamiento.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende el fluido bajo prueba o tratamiento que es de fase de líquido, gas o sólido.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende aplicar energía acústica al fluido de ensayo bajo tratamiento o prueba en forma concurrente, concatenada entre y/o consecuente con la aplicación del campo eléctrico.
25. 25. Un método de alta impedancia de exposición de un fluido de ensayo a un campo eléctrico, caracterizado porque comprende : formar una trayectoria o espacio de fluido entre el par de electrodos, en donde los electrodos incluyen un material dieléctrico y en donde cada electrodo tiene al menos una superficie revestida con un material eléctricamente conductivo, y en donde el material dieléctrico forma una barrera que separa el revestimiento conductivo del fluido de ensayo bajo tratamiento o prueba, el material conductivo colocado sobre una superficie de electrodo no se encuentra en contacto con el fluido en la trayectoria o espacio; alojar los electrodos, de manera que un fluido de ensayo sea mantenido en un estado estático o dinámico dentro de la trayectoria o espacio; aplicar una fuente variante de tiempo, invariante de tiempo o tensión de impulso a través de los electrodos, en donde el material dieléctrico es colocado en una geometría paralela o coaxial formando una red de capacitancia en serie, con el fluido bajo prueba o tratamiento concentrando o intensificando el campo eléctrico presentado en el fluido; y provocar que el fluido entre en la trayectoria o espacio de fluido, de manera que el fluido de ensayo sea expuesto al campo eléctrico.
26. 26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque comprende el material dieléctrico que aisla el fluido de revestimiento eléctricamente conductivo, de esta manera, se evita, de manera sustancial, la corriente faradaica, la corriente de conducción eléctrica y la electroquímica en las interfases de fluido/electrodo .
27. 27. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque comprende el material dieléctrico que es un compuesto particulado/epóxico de cerámica de alta constante dieléctrica, u otro material adecuado .
28. 28. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque comprende la aplicación de energía acústica al fluido, la energía acústica es aplicada concurrente, concatenada entre y/o consecuente con la aplicación del campo eléctrico.