Diseño y desarrollo de un sensor inteligente para la detección de bacterias en fluidos

Abstract

La enfermedad renal crónica (ERC), es la situación en la cual los riñones son insuficientes para mantener de manera adecuada la función renal en un largo periodo de tiempo, manifestándose como insuficiencia renal crónica terminal (IRCT) en su umbral más grave. La medida subsidiaria ante la IRCT, es un tratamiento sustitutivo mediante diálisis o transplante renal. En la práctica de medidas subsidiarias existen riesgos de infección, entre otros. En pacientes sometidos a tratamientos de diálisis es común que se produzcan complicaciones como infecciones bacterianas. Las medidas actuales, basadas en técnicas tradicionales de cultivo, microscopía o citometría de flujo y pruebas bioquímicas, para la detección de esta patología presentan desventajas, ya que requieren: largos tiempos de ensayos, laboratorios especializados, instrumentación costosa y personal capacitado. Ante la duda de padecer cualquier infección, el paciente debe buscar atención de especialistas con la mayor brevedad posible, ya que el tiempo es muy importante en el pronóstico de la enfermedad. Provocando esta situación, en muchos casos, prejuicio al paciente y al sistema sanitario debido a la saturación en centros hospitalarios. Valorando esta problemática, surge la necesidad de encontrar un dispositivo capaz de detectar bacterias en un fluido que permita accesibiliad a todo tipo de usuarios. Teniendo en cuenta el auge de las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación) en los últimos años, se deber hacer especial incapie en las nuevas herramientas utilizadas en el entorno sanitario, como e-Salud. Este conjunto de herramientas se emplean en materia de prevención, diagnóstico, tratamiento, seguimiento, así como en la gestión de la salud, ahorrando costes al sistema sanitario y mejorando la eficacia de este. En este Trabajo Fin de Grado se ha hecho una revisión de las técnicas de detección de bacterias, actuales y en fase de estudio, con el fin de encontrar una alternativa a los métodos tradicionales. Teniendo en cuenta las ventajas proporcionadas por la tecnología capacitiva, se decide desarrollar un sensor en base a esta. Partiendo de una adaptación de un dispositivo previo, cedido por el Grupo de Investigación de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Sevilla; se realiza una optimización de este dispositivo, se adapta con la parametrización adecuada de sus componentes, se desarrolla un sistema para la medición de respuesta y colocación óptima de electrodos, y se realizan varias pruebas experimentales en una bolsa de drenado, utilizada en tratamientos de diálisis. Las pruebas se hacen con dos disoluciones distintas, compuestas por agua destilada y solución de diálisis, con adición de diversas sustancias con distintas propiedades, variando su concentración. Los resultados obtenidos indican que disoluciones con diferentes sustancias y concentraciones, modifican la capacidad del circuito y permiten detectar sustancias en todo el rango de frecuencia. En las distintas disoluciones, realizando la misma prueba con cada sustancia, se muestran discrepancias debido a la composición de la solución de diálisis y la del agua destilada. Pero los resultados obtenidos permiten comprobar buena sensibilidad, en fluidos con contenido en sales y a fluidos con distinto pH. En este trabajo, se ha logrado una primera aproximación para la implementación de un sensor para la detección de bacterias en pacientes sometidos a diálisis con posibilidad de padecer infecciones, y se propone seguir trabajando para obtener mejores resultados y un dispositivo eficaz.

Chronic kidney disease (CKD), is the situation in which the kidneys are insufficient to adequately maintain renal function over a long period of time, manifesting as chronic renal disease (ESRD) in its most severe threshold. The subsidiary measure before the IRCT, is a dialysis therapy or kidney transplantation. In the practice of subsidiary measures there are risks of infection, among others. In patients undergoing dialysis treatments is common complications such as bacterial infections occur. Current measures, based on traditional farming techniques, microscopy or flow cytometry and biochemical tests for the detection of this disease have disadvantages as they require: long time trials, specialized laboratories, expensive instrumentation and trained personnel. Uncertain suffering from any infection, the patient should seek specialist care as soon as possible, because time is very important in the prognosis of the disease. Causing this situation, in many cases, prejudice the patient and the health system due to saturation in hospitals. Valuing this problem, the need to find a device capable of detecting bacteria in a fluid that allows accesibiliad to all users. Given the rise of ICT (information and communications technology) in recent years, we should make special stress upon new tools used in the healthcare environment, such as e-Health. This set of tools used in the prevention, diagnosis, treatment, monitoring and management of health, saving costs to the health system and improving the effectiveness of this. In this Final Project it has done a review of techniques for detecting bacteria, current and under study in order to find an alternative to traditional methods. Given the benefits provided by the capacitive technology, it is decided to develop a sensor based on this. Based on an adaptation of a previous device, provided by the Research Group of Biomedical Engineering at the University of Seville; optimization of this device is performed, adapts the adequate parameters of its components, a system for measuring response and optimal placement of electrodes develops, and several experimental tests are performed in a drainage bag, used in dialysis treatments . Tests were made with two different solutions, composed of distilled water and dialysis solution with the addition of various substances with different properties, varying in concentration. The results indicate that solutions with different substances and concentrations, modify the ability of the circuit and can detect substances in the entire frequency range. In the various solutions, performing the same test with each substance shown discrepancies due to the composition of the dialysis solution and distilled water. But the test results allow good sensitivity in fluids containing salts and fluids with different pH. In this work, there has been a first approach to the implementation of a sensor for detecting bacteria in patients undergoing dialysis chance of developing infections, and intends to continue to work for better results and effective device.