MXPA99007911A - Metodo y aparato para detectar una sustancia sensible magneticamente - Google Patents

Abstract

Esta invención consiste de un método y aparato para detectar en una muestra una sustancia (18) que responde a un campo magnético aplicado, tal como una sustancia paramagnética. La muestra es colocada en un campo magnético y el efecto de la muestra sobre una característica de desempeño de un conductor eléctrico es correlacionada con la presencia de la sustancia. El primer conductor (2) es configurado como una bobina y una fuente (14) de señales electromagnéticas es una fuente de corriente que aplica una corriente al primer conductor (12). La muestra (18) en el portador (16) de muestras puede tener un efecto mensurable sobre el desempeño del conductor (12). Un dispositivo de medición (19) mide el valor de una característica de desempeño preseleccionada de la bobina (12). El valor medido mediante el dispositivo de medición (19) puede ser indicado por la computadora (30).

Description

MÉTODO Y APARATO PARA DETECTAR UNA SUSTANCIA SENSIBLE MAGNÉTICAMENTE Antecedentes de la invención Campo de la invención Esta invención es concerniente con métodos y aparatos para detectar la presencia de una sustancia en una muestra al determinar la respuesta de la muestra a un campo magnético aplicado. Más en particular, esta invención es concerniente con aplicaciones prácticas para métodos y aparatos para detectar la presencia de una sustancia en una muestra al determinar la respuesta de la muestra a un campo magnético aplicado, para indagar información útil acerca del comportamiento químico y físico de la muestra.

Descripción de la técnica relacionada Las propiedades magnéticas de la sustancias químicas se han estudiado extensamente. Se conocen varios tipos de magnetismo, en los que se incluyen paramagnetismo, diamagnetismo y ferromagnetismo . Una discusión de estas propiedades magnéticas se encuentra en Cotton and ilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, tercera edición, 1972, Interscience Publishers, pp. 535-546, la descripción de la cual es incorporada en la presente por referencia en su totalidad.

REF.: 30895 Una ""sustancia para agnética es una que es atraída a un campo magnético con una fuerza "proporcional a la intensidad del campo por el gradiente del campo. El paramagnetismo es provocado en general por la presencia en la sustancia de iones, átomos o moléculas que tienen electrones no apareados. Cada uno de estos tiene un momento paramagnético definido que existe en ausencia de un campo magnético aplicado. Una sustancia diamagnética es una que es repelida por un campo magnético. El comportamiento diamagnético es debido a momentos magnéticos pequeños inducidos por un campo magnético aplicado en oposición al campo. Estos momentos inducidos no existen en ausencia del campo. Todo el material es diamagnético hasta alguna extensión, pero el efecto es muy pequeño y es frecuentemente enmascarado por los efectos paramagnéticos o ferro agnéticos si las moléculas individuales tienen momentos . dipolares magnéticos permanentes . Una sustancia ferromagnética es una que exhibe alta permeabilidad magnética y la capacidad de adquirir magnetización en campos relativamente débiles, tales como hierro, niquel y cobalto. La susceptibilidad magnética es una propiedad mensurable de una sustancia que permite la determinación del momento magnético de aquella sustancia. La susceptibilidad magnética es definida como la proporción de la permeabilidad magnética de una sustancia a aquella de un vacio menos uno. La susceptibilidad magnética es positiva para las sustancias paramagnéticas y ferromagnéticas y negativa para las sustancias diamagnéticas. La permeabilidad magnética es una medida de la capacidad de una sustancia para modificar un campo magnético y es igual a la proporción de la inducción magnética a la intensidad magnética. La inducción magnética es una cantidad vectorial que especifica la dirección y magnitud de la fuerza magnética en cada punto en un campo magnético. La intensidad magnética es aquella parte de un campo magnético solo relacionada con las corrientes externas como causa, sin referencia a la presencia de materia. El momento magnético es la proporción del momento de torsión máximo ejercido sobre un imán o un circuito de corriente eléctrica en un campo magnético a la inducción magnética del campo. El momento magnético puede ser calculado a partir de la susceptibilidad magnética. Muchos métodos son conocidos para medir la susceptibilidad magnética, todos de los cuales dependen de la medición de la fuerza ejercida sobre una muestra cuando es colocada en un campo magnético no homogéneo. Mientras más paramagnética es la muestra, más fuertemente será atraída hacia la parte más intensa del campo; mientras más diamagnética es la muestra, más será repelida a la parte más débil . Un método de la técnica previa típico para medir la susceptibilidad magnética de una muestra involucra un aparato conocido como un balanza de Gouy. Este aparato y el método de su uso se describen en textos estándar tales como Shoemaker, et al. , Experiments in Physical Chemistry, tercera edición, 1974, McGra -Hill Book Company, pp. 422-434, la descripción del cual es incorporada en la presente por referencia. Como se describe en aquella referencia, tal aparato puede ser delicado, caro y complejo. Seria deseable tener un método y aparatos para medir cambios cuantitativos y cualitativos en la susceptibilidad magnética de una muestra que evite las desventajas de la técnica previa. Es asi un objeto de la invención proporcionar un método simple, relativamente no caro y un aparato " para determinar cambios cuantitativos y cualitativos en la susceptibilidad magnética de una muestra. Es otro objeto de la invención proporcionar,- tal método y aparato que son adaptables para uso en un ambiente industrial .

Es todavía otro objeto de la invención proporcionar tal método y aparato que son adaptables para uso en aplicaciones biomédicas no invasivas. Es todavía otro objeto de la invención proporcionar tal método y aparato que son adaptables para uso en aplicaciones biomédicas no invasivas en un ambiente clínico. Otros objetos de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción y dibujos y las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de la invención Se describe un método y aparato para detectar la presencia de una sustancia en una muestra al determinar la respuesta de la muestra a un campo magnético aplicado. El aparato comprende un primer conductor eléctrico, un montaje de imán dispuesto en relación operativa al primer conductor eléctrico, primeros medios para medir una o más características de desempeño observable seleccionadas del primer conductor eléctrico y medios para la señalización o indicación del resultado de aquella medición. En ciertas aplicaciones, el aparato de la invención puede también incluir medios para almacenar y analizar los datos obtenidos como entrada de los primeros medios de medición. Dependiendo de la aplicación particular, el aparato puede comprender además un segundo conductor eléctrico y un segundo medio para medir una o más características de desempeño observables seleccionadas del segundo conductor eléctrico, los segundos medios de medición también pueden proporcionar entrada a los medios para almacenamiento y análisis de datos . De acuerdo con el método de la invención, una muestra en consideración es colocada en relación operativa al primer conductor para afectar una característica de desempeño del primer conductor eléctrico. La muestra es también sometida al campo magnético aplicado del montaje de imán. El efecto de la muestra, sometida al campo magnético aplicado, sobre una característica de desempeño del primer conductor eléctrico es medido mediante los primeros medios de medición y el valor es indicado y/u opcionalmente introducido a los medios de almacenamiento y análisis de datos. Mediciones subsecuentes de esta misma característica de desempeño del primer conductor eléctrico se hacen con el paso del tiempo, ya sea de manera continua o a intervalos predeterminados. Si la muestra sufre una reacción química o cambio físico que provoca un cambio en la susceptibilidad magnética total de la muestra para alterar la respuesta de la muestra al campo magnético aplicado, habrá un cambio en el efecto de la muestra sobre la característica de desempeño medida del primer conductor. Luego, este cambio medido puede ser correlacionado con la reacción química o cambio fisico con el paso del tiempo en la muestra. En una aplicación alternativa, el método y aparato de la invención se pueden utilizar para verificar cambios en la composición de un fluido que se mueve a través de un conducto, tal como un tubo en un ambiente industrial. En esta aplicación, el primer conductor eléctrico y el montaje de imán se posicionan en relación operativa a una porción del conducto y se hace mediciones de una característica de desempeño del conductor eléctrico. Los cambios en el valor de la característica de desempeño tal como se mide mediante los primeros medios de medición indicarán un cambio en la composición del fluido que fluye a través del conducto y en particular un cambio en la cantidad de una sustancia en el fluido que tiene una respuesta mensurable a un campo magnético aplicado. Asi, el método y aparato de la invención pueden ser usados para la verificación no invasiva y no destructiva de la composición de un fluido en un conducto. En una modalidad alternativa de la invención, puede ser -deseable comparar el efecto de la muestra sobre el conductor en presencia del campo magnético aplicado con el efecto de la muestra sobre el conductor en ausencia del campo magnético aplicado. Una manera de llevar a cabo esto es usar un electroimán por el montaje de imán, de tal manera que el campo magnético pueda ser encendido y apagado. La característica de desempeño del primer conductor en presencia de la muestra puede ser medida con el campo apagado y luego con el campo encendido y luego los dos valores comparados . Otra manera de obtener estas dos mediciones es proporcionar un segundo conductor eléctrico, junto con segundos medios para medir una o más características de desempeño observables seleccionadas del segundo conductor eléctrico. Idealmente, los primeros y segundos conductores eléctricos son eléctricamente idénticos, esto es, tienen características de desempeño idénticas de resistencia, conductancia, capacitancia, inductancia, eficiencia (Q) y los semejantes. Alternativamente, las diferencias en las características de desempeño de los primeros y segundos conductores eléctricos son predeterminadas, de tal manera que las mediciones eléctricas subsecuentes realizadas en el curso del método de la invención pueden ser calibradas para tomar en cuenta las diferencias. En esta modalidad, el segundo, conductor eléctrico no es sometido a un campo magnético aplicado. La muestra bajo consideración es colocada en relación operativa al segundo conductor que no es sometido al campo magnético del montaje de imán y el efecto de la muestra sobre la característica de desempeño del segundo conductor eléctrico es medida. Las dos mediciones son comparadas tomando en consideración las calibraciones necesarias para tomar en cuenta las diferencias, si las hay, en la característica de desempeño de los primeros y segundos conductores. Luego, la diferencia corregida entre las dos mediciones es una función solamente de la presencia de una sustancia en la muestra que responde al campo magnético aplicado. Es asi posible determinar cualitativa y cuantitativamente la presencia en la muestra de sustancias que responden al campo magnético aplicado. El método y aparato de la invención tienen amplia utilidad en los campos médicos e industriales y en particular en aplicaciones médicas no invasivas, como se comprenderá a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 ilustra esquemáticamente una modalidad del aparato y método de la invención configurados para verificar con el paso del tiempo el avance de una reacción que se lleva a cabo en un recipiente de muestra. La figura 2A ilustra esquemáticamente una modalidad alternativa del aparato y método de la invención, adaptados para la situación en donde la muestra en consideración es sangre humana medida in vivo en una región seleccionada de un cerebro humano.

La figura 2B es una vista en sección transversal de una porción de la modalidad mostrada en la figura 2A, y que indica con lineas de flujo la presencia del campo magnético. La figura 3 ilustra esquemáticamente todavía otra modalidad alternativa del aparato y método de la invención adaptados para la situación en la cual la muestra en consideración es una cantidad de material que fluye a través de un conducto. La figura 4 ilustra esquemáticamente una modalidad de la invención que utiliza un segundo conductor eléctrico y que es apropiada para el análisis cuantitativo.

Descripción detallada de la invención De acuerdo con la invención, se proporciona un primer conductor eléctrico. Dependiendo de la aplicación particular propuesta para el dispositivo, el primer conductor eléctrico puede estar en cualquier configuración deseada tal como una bobina, un alambre o una placa. Una característica de desempeño del primer conductor eléctrico es medida mediante técnicas conocidas. Por propósitos de esta patente, la frase "características de desempeño" de un conductor se propone incluir, sin limitación, tales propiedades como resistencia, conductancia, inductancia, capacitancia y eficiencia (Q) .

El aparato de la invención incluye además medios para aplicar una señal electromagnética conocida al primer conductor eléctrico. "Señal electromagnética" como se utiliza en esta patente se propone incluir sin limitación ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia y corriente eléctrica, ya sea de CA (corriente alterna) o CD (corriente directa) . La señal electromagnética aplicada al primer conductor no está diseñada para inducir algún cambio fisico o químico en la muestra bajo consideración, si no que solamente se propone proporcionar un fenómeno, el cambio en el cual se puede medir para indicar la presencia en la muestra de la sustancia buscada a ser detectada. El primer conductor eléctrico es dispuesto en relación operativa a un montaje de imán que aplica un campo magnético conocido a la muestra. Como se usa en el contexto de esta patente ??en relación operativa" significa que el montaje de imán es posicionado para aplicar un campo magnético a la muestra bajo consideración. El montaje de imán será posicionado de preferencia para aplicar el campo magnético en una dirección en relación con la orientación de la muestra para optimizar el efecto de la sustancia de interés en la muestra sobre la característica de desempeño seleccionada del primer conductor eléctrico. La dirección escogida puede ser fija o variable. La intensidad y el gradiente del campo magnético aplicado también pueden ser fijos o variables dependiendo de la aplicación particular de la invención. En la modalidad ilustrada esquemáticamente en la figura 1, el primer conductor 12 está configurado como una bobina y la fuente 14 de señal electromagnética es una fuente de corriente que aplica una corriente al primer conductor 12. El conductor 12 está configurado de tal manera que el portador 16 de muestra puede ser colocado en relación operativa al mismo, esto es, de tal manera que una muestra 18 en el portador 16 de muestra puede tener un efecto mensurable sobre el desempeño del conductor 12. El dispositivo 19 de medición mide el valor de una característica de desempeño preseleccionada de la bobina 12. Dependiendo de la característica de desempeño del conductor 12 que es medida, el dispositivo 19 de medición puede ser un voltímetro, un potenciómetro, un amperímetro u otro dispositivo conocido. El valor medido mediante el dispositivo de medición 19 puede ser indicado digitalmente sobre el dispositivo mismo o un dispositivo indicador asociado tal como una gráfica o registrador de tiras o un osciloscopio o indicarse como una señal audible o el valor puede ser provisto' como una entrada a la computadora 30.

Se apreciará que tales dispositivos de medición y dispositivos indicadores también se pueden utilizar en otras modalidades descritas posteriormente en la presente. Con referencia otra vez a la figura 1, el primer conductor eléctrico 12 es posicionado en relación operativa a un montaje de imán 31, que puede ser ya sea un electroimán o un montaje de imán permanente que tiene piezas de polo norte y sur 33 y 35 opuestas. Como se usan en este contexto, "relación operativa" significa que el montaje de imán 31 es posicionado para aplicar un campo magnético como se representa en general mediante las lineas de flujo 27 a la muestra 18 en el portador 16 de muestra. Si la muestra 18 en el portador 16 de muestras contiene una sustancia que responde al campo magnético aplicado, por ejemplo un material paramagnético tal como hierro en solución, entonces aquella sustancia sensible será polarizada por el campo magnético aplicado y alterará las características de desempeño del primer conductor 12, tal como se mide mediante el dispositivo de medición 19. La "computadora opcional 30 puede ser programada para recibir datos del dispositivo de medición 19 con respecto a las características de desempeño del primer conductor 12 en un periodo de tiempo, ya sea de manera continua o a intervalos predeterminados. Los cambios en el valor de la característica de desempeño pueden ser correlacionados con los cambios en la cantidad de sustancia en la muestra en respuesta al campo magnético. De esta manera, el método y aparato de la invención pueden ser utilizados para verificar el avance de una reacción química o cambio fisico en la muestra 18. Por ejemplo, la invención puede ser usada para verificar los cambios físicos que se presentan en el endurecimiento de una resina, si la resina contiene una sustancia tal como un material paramagnético, la respuesta de polarización de la cual a un campo magnético aplicado cambia a medida que la resina cambia de un estado liquido a un estado sólido. Similarmente, la invención puede ser utilizada para verificar el avance de una reacción química si la reacción ya sea produce o consume una sustancia mensurablemente sensible al campo magnético aplicado. Por ejemplo, si una reacción química ya sea produce o consume un ion paramagnético, entonces el cambio en la concentración de aquel ion paramagnético a medida que la reacción avanza provocará un cambio en la susceptibilidad magnética total de la muestra en el recipiente y mediante esto provoca un cambio en la característica de desempeño del primer conductor 12, tal como se mide mediante el dispositivo de medición 19. Aún si la reacción bajo estudio directo no produce o consume un ion paramagnético, la muestra puede ser "maximizada" ya sea con un ion paramagnético que es consumido por uno de los productos de reacción o con una sustancia que reacciona con uno de los productos de reacción para producir un ion paramagnético. De esta manera, la producción o consumo del ion paramagnético provocará un cambio en la susceptibilidad magnética total de la muestra 18, mensurable como un cambio en una característica de desempeño del primer conductor 12, para permitir la verificación indirecta de la reacción química principal en consideración. El método y aparato de la invención como se muestra sustancialmente en la figura 1 pueden también ser utilizados para aplicaciones médicas no invasivas, tales como la determinación del metabolismo de un paciente. Se sabe que el momento magnético total de una muestra de sangre y asi la susceptibilidad magnética mensurable total de una muestra cambiará como función del nivel de oxígeno enlazado a hemoglobina en la corriente sanguínea. Por ejemplo, para medir el metabolismo de un paciente, el primer conductor 12 puede ser una bobina así dimensionada para acomodar el dedo de un paciente, de tal manera que el dedo sirve como un recipiente 16 de muestra y la sangre in vivo del paciente es la muestra 18. Una medición inicial es tomada bajo condiciones de polarización esto es, con una bobina sometida a un campo magnético aplicado como se describe anteriormente; se permite que el dedo del paciente permanezca en' relación operativa con respecto al conductor 12 y el montaje 31 de imán y mediciones mediante el dispositivo 19 de medición de los cambios en la característica de desempeño del conductor 12 se toman ya sea continuamente o a- intervalos con el paso del tiempo. Los valores medidos pueden ser transmitidos a un dispositivo de salida tal como un registrador de tira o los valores pueden ser transmitidos a la computadora 30. Durante este tiempo, el paciente puede estar ya sea en reposo o en ejercicio bajo condiciones controladas tales como en una banda para caminar. Los cambios en el valor medido de la característica de desempeño del conductor 12 con el paso del tiempo serán una función del cambio en la susceptibilidad magnética promedio de la sangre del paciente, que será una función de la interacción de oxígeno/hemoglobina en la sangre y por consiguiente será una indicación del metabolismo del paciente. Diferentes configuraciones del aparato de la invención se pueden utilizar para otras aplicaciones biomédicas. La figura 2A ilustra esquemáticamente una modalidad de la invención, no necesariamente a escala, en donde el conductor eléctrico 112 está configurado como un circuito de antena plano. Como en la figura 1, el conductor 112 es conectado a una fuente 114 de señal electromagnética. El circuito 112 de antena es conectado operativamente a un dispositivo de medición 119 que mide una característica de desempeño preseleccionada tal como resistencia, capacitancia, conductancia, inductancia o eficiencia (Q) e introduce los datos a la computadora 130. Un montaje 131 de imán es posicionado para proporcionar un campo magnético aplicado tal como es indicado por las líneas de flujo 127 a una región predeterminada del cerebro, como se muestra en la figura 2B. Como se muestra en la figura 2A, el conductor 112 es colocado por ejemplo contra la cabeza del paciente. Se sabe que el nivel de oxigeno, una sustancia paramagnética conocida, variará en el cerebro en diferentes sitios como resultado del uso de diferentes células del cerebro. Cuando esta configurado y posicionado en general en una relación operativa apropiada como se muestra en las figuras 2A, 2B, el método y aparato de la presente invención pueden ser usados para determinar el nivel de oxigeno en diferentes áreas específicas del cerebro al medir el cambio en la susceptibilidad magnética de aquellas áreas con el paso del tiempo, al comparar los cambios en los valores de desempeño medidos del conductor 112 tal como se mide mediante el dispositivo de medición 119 y se calculan mediante la computadora 130. Cuando se utiliza como se muestra en las figuras 2A, 2B para medir los cambios en el nivel de oxígeno en diferentes áreas del cerebro durante diferentes actividades, el método y aparato de la presente invención se puede usar en conjunción con técnicas tomográficas conocidas para "representar" el cerebro, esto es, identificar diferentes áreas del cerebro con diferentes tipos de actividades. Aquellos experimentados en la técnica reconocerán que tales técnicas de representación podrían involucrar hacer variar la intensidad del campo magnético como función del tiempo; el uso de un campo no homogéneo de gradiente conocido; hacer variar el eje del campo magnético con respecto al sitio del cerebro que es estudiado y la aplicación de más de un campo magnético dirigido a lo largo de los diferentes ejes de intersección para obtener una cierta intensidad de campo magnético en la región de intersección en el cerebro. Aquellos experimentados en la técnica reconocerán además que estas técnicas de representación son aplicables no solamente al cerebro sino que similarmente pueden ser usadas para representar el metabolismo de otros órganos del cuerpo, no invasivamente. Por ejemplo, el método y aparato podrían ser adaptados para representar el metabolismo y/o flujo de sangre en el corazón u otros órganos. La figura 3 ilustra esquemáticamente otra modalidad del método y aparato de la invención útil en instalaciones industriales. El primer conductor 212 puede ser configurado como un circuito de antena o puede ser de cualquier otra forma apropiada. Una señal electromagnética es aplicada de la fuente de señal 214 al primer conductor 212. El conductor 212 es asociado con un dispositivo de medición correspondiente 219 para medir una característica de desempeño seleccionada y cuando se desea, introducción de los datos a una computadora opcional 230. El conductor eléctrico 212 es dispuesto en relación operativa a un conducto 250 a través del cual fluye un fluido. Un montaje de imán 231, mostrado por propósitos ilustrativos como un montaje de imán permanente de dos piezas, es posicionado para aplicar un campo magnético a la porción del- conducto en relación operativa al conductor 212, como se indica mediante las líneas de flujo 227. La modalidad mostrada en la figura 3 puede ser usada para detectar un cambio en la composición del fluido en el conducto en cualquier punto del tiempo, en tanto que el cambio en composición provoque un cambio mensurable en la susceptibilidad magnética del fluido. Por ejemplo, si el fluido en el conducto se contaminara por iones paramagnéticos en solución o aún mediante partículas ferromagnéticas en suspensión, el cambio resultante en el momento magnético del fluido y asi de la susceptibilidad magnética promedio mensurable, en relación con aquella del fluido sin contaminar, provocarían un cambio en la característica de desempeño del conductor 212 tal como se miden mediante el dispositivo 219 y es verificado por la computadora 230. En algunas situaciones, la computadora 230 puede ser innecesaria y el dispositivo de medición 219 puede ser conectado a un dispositivo indicador tal como un registrador de gráficas, lector digital o un registrador de tira o a un dispositivo de verificación que produce una alarma audible o visual si el valor medido por el dispositivo 219 cae fuera de un rango aceptable predeterminado. Así, la contaminación de un proceso industrial puede ser ' verificada no invasiva y no destructivamente . Además de las instalaciones industriales, la modalidad mostrada en la figura 3 puede también ser usada en ciertas aplicaciones médicas. En lugar de representar un tubo que porta un fluido industrial, el conducto 250 podría ser un tubo a través del cual fluye sangre durante un procedimiento médico, tal como en una máquina del corazón/pulmón durante la cirugía o en una máquina de diálisis durante tratamientos de diálisis. El método y aparato de la invención podrían ser usados durante estos procedimientos para verificar el nivel en la sangre de oxígeno u otras sustancias sensibles a un campo magnético aplicado. El método y aparato de la presente invención pueden también ser usados para determinar la estructura de ciertos cristales. Se sabe que diferentes estructuras cristalinas tendrán diferentes efectos de polarización. Por consiguiente, las mediciones de susceptibilidad magnéticas relativas de una muestra de cristal como se describe en general anteriormente, al hacer variar ya sea el eje del campo magnético en relación con la muestra o la orientación de la muestra en relación con el campo magnético aplicado, pueden proporcionar información acerca de la polarización del cristal cuando el cristal es sometido a un campo magnético aplicado y por consiguiente información acerca de la estructura cristalina. En tanto que la descripción anterior de las modalidades y aplicaciones del método y aparato han descrito análisis cualitativos en base a mediciones relativas de una muestra en un periodo de tiempo o de una muestra variable a medida que pasa a través de un conducto en un periodo de tiempo, en todavía otra modalidad, el método y aparato de la presente invención se pueden usar para la determinación cuantitativa en una muestra de sustancias que responden a un campo magnético aplicado. En una modalidad apropiada para el análisis cuantitativo, el efecto de la muestra sobre un conductor eléctrico en presencia de un campo magnético es comparada con el efecto de la muestra sobre el conductor eléctrico en ausencia del campo magnético. Con referencia a la figura 1, si el montaje 31 de imán es un electroimán, esto se puede llevar a cabo simplemente al tomar una medición del dispositivo de medición 19 con el montaje 31 de imán apagado y luego al tomar una medición cuando el montaje 31 de imán está encendido y al comparar las dos mediciones. La diferencia entre las dos mediciones será debida solamente a la respuesta de la muestra al campo magnético aplicado y puede ser correlacionada cuantitativamente con la cantidad de sustancia a ser detectada en la muestra. Para modalidades en donde el montaje 31 de imán es un montaje de imán permanente, el aparato de la invención puede comprender además un segundo conductor eléctrico. Idealmente, el segundo conductor eléctrico será de configuración idéntica y tendrá características de desempeño idénticas como el primer conductor eléctrico. Como una cuestión práctica, se reconoce que las características de desempeño de los primeros y segundos conductores eléctricos pueden no ser precisamente idénticas. Una o más características de desempeño de los primeros y segundos conductores eléctricos son medidas y los valores son almacenados en medios de almacenamiento de datos apropiados, tales como una computadora. Esto permite la normalización y calibración de la respuesta medida de la muestra. También se proporcionan en esta modalidad medios para aplicar una señal electromagnética conocida al segundo conductor eléctrico. También hay medios de medición para medir el desempeño del segundo conductor eléctrico y para proporcionar el valor medido a un dispositivo indicador o de preferencia a una computadora. A diferencia del primer conductor eléctrico, el segundo conductor eléctrico no tiene un montaje de imán asociado y no es sometido a un campo magnético aplicado. Un ejemplo de esta modalidad de la presente invención es ilustrado esquemáticamente en la figura 4. Esta ilustración contiene todos los elementos de la figura 1 y los números de referencia semejantes indican elementos semejantes de la invención. Además, el segundo conductor eléctrico 22 se provee con una fuente 24 de señal electromagnética y un dispositivo de medición 29 que mide una característica de desempeño del conductor eléctrico 22 y transmite los datos a la computadora 30. Se reconocerá que en otras modalidades una sola fuente de señal podría ser utilizada para suministrar una señal electromagnética a cada conductor y un solo dispositivo de medición podría ser usado para medir la característica de desempeño de cada conductor. Idealmente, los conductores 12 y 22 tienen características de desempeño eléctricas de resistencia, capacitancia, conductancia, inductancia, eficiencia (Q) y los semejantes. Como una cuestión práctica, las características de desempeño de cada uno de los conductores 12 y 22 pueden ser predeterminadas y los datos almacenados en una computadora 30. Lo siguiente ilustra el método cuantitativo de la presente invención. Por ejemplo, si el portador 16 de muestras es un tubo de ensayos y la muestra 18 es una solución estándar de un electrolito no paramagnético y si el portador 16 de muestras es colocado axialmente dentro de la bobina del conductor eléctrico 22 como se muestra mediante la imagen de lineas discontinuas en la figura 4, entonces cuando una señal electromagnética es aplicada de la fuente 24 de señales al conductor eléctrico 22, el desempeño del conductor 22, tal como se determina mediante el dispositivo de medición 29, será diferente del valor observado en ausencia de la muestra. Esta información puede ser almacenada en la computadora 30. Luego si la muestra en el portador 16 de muestra es reemplazada con una muestra de una solución que tiene un momento magnético permanente en no cero, tal como una solución ferrosa, esta muestra tendrá un efecto diferente sobre el desempeño del conductor eléctrico 22. La diferencia en el valor de la característica de desempeño seleccionada del conductor 22, tal como se mide mediante el dispositivo de medición 29 y también es almacenada en la computadora 30, será una función de la susceptibilidad magnética de la solución. Es posible preparar una serie de soluciones ferrosas de concentraciones conocidas y medir el efecto de cada solución de muestra sobre el desempeño del conductor eléctrico 22. A partir de estos datos es posible construir una curva de calibración que describe el efecto de la concentración de ion ferroso sobre el desempeño del conductor 22 en ausencia de un campo magnético aplicado. La muestra que es probada es luego colocada en la bobina del primer conductor 12, sometida al campo magnético aplicado del montaje 31 de imán y la respuesta del conductor 12 es medida mediante el dispositivo 19 e introducida a la computadora 30. Luego la computadora 30 puede determinar la diferencia entre el desempeño del conductor 12 con la muestra en presencia del campo magnético y el desempeño del conductor 22 con la muestra en ausencia del campo magnético. La diferencia entre los dos valores, corregida por las diferencias inherentes en los valores de desempeño de los dos conductores, será una función de la susceptibilidad magnética de la muestra. Al restar los efectos no debidos al campo magnético aplicado, es posible determinar la cantidad de material en la muestra sensible al campo magnético aplicado . El aparato y método de la presente invención pueden ser usados para pruebas médicas no invasivas. Por ejemplo, los conductores eléctrico 12 y 22 pueden ser cada uno bobinas configuradas para recibir un dedo humano, de tal manera que el dedo es "portador de muestras" 16 y la sangre del paciente dentro del dedo es la muestra 18. El paciente coloca su dedo en un dispositivo que tiene un primer receptáculo que sirve para posicionar el dedo en la bobina 22. Cualesquier cambios observados en el desempeño de la bobina 22 serán debidos al hierro, sales y agua, esto es, las sustancias paramagnéticas y no paramagnéticas en la sangre del paciente. El cambio en una característica de desempeño de la bobina 22 es medido mediante el dispositivo de medición 29 y el valor es almacenado en la computadora 30. Luego el paciente coloca su dedo en un receptáculo diferente del dispositivo que sirve para posicionar el dedo en una bobina 12 que es sometida a un campo magnético aplicado del montaje 31 de imán. Los iones de sodio y otras sales no serán polarizados; solamente el hierro presente en la sangre será polarizado y la susceptibilidad magnética del hierro polarizado provocará un valor diferente para la característica de desempeño de la bobina 12. Así, la diferencia entre los valores de desempeño de las bobinas 12 y 22 (después de la corrección por las diferencia inherentes en las bobinas mismas) será debida a la presencia del hierro en la sangre. Así, la invención proporciona medios simples, no invasivos para probar la anemia u otras condiciones relacionadas con la presencia de hierro en la corriente sanguínea.

Se comprenderá que esta modalidad de la invención, en donde una determinación cuantitativa se puede hacer al tomar la diferencia entre las señales generadas en presencia y ausencia de un campo magnético aplicado, también se puede utilizar en conjunción con técnicas de representación de órganos ilustrada en las figura 2 y descritas en la presente. En la práctica de este método y aparato alternativo, e independientemente de si el montaje de imán es un montaje de imán permanente o electromagnético, será en general preferible tomar la medición en ausencia del campo magnético antes de tomar las medición en presencia del campo magnético; de otra manera, los efectos de relajación de momento magnético inducidos en la muestra mediante la aplicación de un campo magnético podrían distorsionar una medición subsecuente tomada en ausencia del campo aplicado. Esta modalidad alternativa puede también ser usada para mediciones cuantitativas en aplicaciones industriales y biomédicas tales como se muestra y describe en relación con la figura 3. Para este uso, el conductor sin el campo magnético aplicado será colocado corriente arriba del conductor con el campo magnético aplicado. Una medición de susceptibilidad magnética, esto es, tal como se determina de un cambio en el desempeño del conductor, se hace primero en el conductor _ corriente arriba y luego en el conductor corriente abajo. El intervalo de tiempo entre las dos mediciones es determinado por la distancia entre los dos conductores a lo largo del conducto y la velocidad de fluido dentro del conducto, de tal manera que las dos mediciones se hacen realmente sobre la misma muestra de fluido a medida que se mueve a través del conducto. La temporización o sincronización de las dos mediciones y la comparación de las susceptibilidades magnéticas medidas se pueden efectuar todas mediante la computadora 230. El montaje de imán 31, 131, 231 como se describe en la presente es de preferencia muy pequeño pero capaz de crear campos magnéticos relativamente grandes. El montaje de imán puede ser ya sea un electroimán o un montaje de imán permanente. Tales montajes de imán permanentes se describen por ejemplo en las patentes norteamericanas 4,998,976, 5,320,103, 5,462,045 y el documento de PCT EP 91/00716, todos los cuales son incorporados en la presente por referencia en su totalidad. Mientras más grande es el campo magnético aplicado, más sensible será todo el aparato. Así, con un montaje de imán suficientemente fuerte, es posible medir la susceptibilidad magnética de sustancias sensibles magnéticamente aún en una muestra muy diluida, tal como una solución acuosa diluida de iones ferrosos paramagnéticos, en los cuales la muestra global es diamagnética.

Las descripciones anteriores de ciertas modalidades preferidas del aparato y método de la invención se proponen a manera de ilustración y no a manera de limitación. Otras variaciones y aplicaciones de la presente invención serán evidentes para aquellos de experiencia en la técnica después de la lectura de lo anterior. Por ejemplo, puede ser posible modificar la intensidad, gradiente, orientación u otras características del campo magnético aplicado para medir diferentes propiedades de la muestra en consideración. Tales variaciones y aplicaciones se proponen estar dentro del alcance y espíritu de la invención como se resume 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 (20)

1. Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un método para detectar en una muestra la presencia de una sustancia que responde a un campo magnético aplicado, el método esta caracterizado porque comprende: colocar la muestra en relación operativa a un primer conductor, para permitir que la muestra tenga un efecto sobre una característica de desempeño del primer conductor; aplicar una señal electromagnética al primer conductor; aplicar un campo magnético a la muestra; medir una característica de desempeño del primer conductor; y correlacionar el valor medido de la característica de desempeño con la presencia de la sustancia a ser detectada.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además medir la característica de desempeño del primer conductor más de una vez y correlacionar los cambios en los valores medidos de la característica de desempeño con los cambios en la muestra de la cantidad de la sustancia a ser detectada.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además medir la característica de desempeño del primer conductor en ausencia del campo magnético aplicado y el desempeño del conductor en presencia del campo magnético aplicado y correlacionar la diferencia entre los dos valores medidos con la presencia de la sustancia a ser detectada.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la correlación es cuantitativa.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además las etapas de: colocar la muestra en relación operativa a un segundo conductor para permitir que la muestra tenga un efecto sobre la característica de desempeño del segundo conductor; aplicar una señal electromagnética al segundo conductor; medir una característica de desempeño del segundo conductor; correlacionar la diferencia entre el valor medido de la característica de desempeño del primer conductor en presencia de un campo magnético aplicado y el valor medido de la característica de desempeño del segundo conductor- en ausencia de un campo magnético aplicado con la presencia de la sustancia a ser detectada.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la correlación es cuantitativa.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la muestra es la sangre de un ser viviente in vivo y la sustancia a ser detectada es hierro en la sangre.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la muestra es la sangre de un ser viviente in vivo y la sustancia a ser detectada es oxígeno en la sangre.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la muestra es una resina que sufre un cambio de estado físico y la sustancia a ser detectada es una que responde a un campo magnético aplicado y la concentración de la cual es alterada a medida que el estado físico de la resina cambia.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la característica de desempeño del conductor es seleccionada del grupo que consiste de resistencia, conductancia, inductancia, capacitancia y eficiencia.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la muestra es un fluido que fluye a través de un conducto y los valores correlacionados corresponden a cambios en la composición del fluido.
12. 12. Un aparato para detectar en una muestra la presencia de una sustancia que responde a un campo magnético aplicado, el aparato esta caracterizado porque comprende: un primer conductor posicionable en relación operativa a la muestra; medios para aplicar una señal electromagnética al primer conductor; medios para aplicar un campo magnético a la muestra; y medios para medir una característica de desempeño del primer conductor eléctrico, el valor medido de la característica de desempeño es una función de la presencia en la muestra de la sustancia sensible al campo magnético aplicado.
13. 13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque los medios para aplicar un campo magnético a la muestra es un electroimán.
14. 14. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque los medios para aplicar un campo magnético a la muestra es un montaje de imán permanente.
15. 15. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye además medios para indicar el valor medido de la característica del desempeño.
16. 16. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye además medios de almacenamiento y análisis de datos para correlacionar - el valor medido de la característica de desempeño con la presencia en la muestra de la sustancia sensible a un campo magnético aplicado.
17. 17. Un aparato para detectar en una muestra la presencia de una sustancia sensible a un campo magnético aplicado, el aparato esta caracterizado porque comprende: un primer conductor posicionable en relación operativa a la muestra; medios para aplicar una señal electromagnética al primer conductor; medios para aplicar un campo magnético a la muestra cuando la muestra se encuentra en relación operativa al primer conductor; medios para medir una característica de desempeño del primer conductor eléctrico; un segundo conductor posicionable en relación operativa a la muestra; medios para aplicar una señal electromagnética al segundo conductor y medios para medir una característica de desempeño del segundo conductor, mediante lo cual el valor medido de la característica de desempeño del primer conductor y el valor medido de la característica del desempeño del segundo conductor pueden ser correlacionados con la presencia en la muestra de la sustancia a ser detectada.
18. 18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque incluye además medios de almacenamiento y análisis de datos para recibir los valores medidos de las características de desempeño de los primeros y segundos conductores y correlacionar los valores con la presencia en la muestra de la sustancia a ser detectada.
19. 19. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque los medios para aplicar una señal electromagnética al primer conductor y los medios para aplicar una señal electromagnética al segundo conductor son un solo dispositivo.
20. 20. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque los medios para medir una característica de desempeño del primer conductor y los medios para medir una característica del desempeño del segundo conductor son un solo dispositivo.