DISEÑO Y DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ESTIMULACIÓN PARA CELDAS DE CULTIVO CELULAR

Abstract

[ES] El cultivo celular es una de las principales técnicas en las ciencias de la vida. Gracias a su estimulación es posible crear efectos determinados sobre ellos y , por consiguiente, sobre las células. Con esta base, surge el objetivo principal del trabajo: diseñar y desarrollar un dispositivo de estimulación eléctrica para celdas de cultivo celular mediante pulsos de corriente. Para conseguir dicho objetivo se hace uso de: 1) una aplicación para el envío de parámetros de configuración, 2) una placa digital de control y recepción inalámbrica y 3) un convertidor tensión‐intensidad. A través de una aplicación programada en un teléfono inteligente, es posible definir los parámetros necesarios para la creación de los pulsos. Una vez definidos, se envían de forma remota e inalámbrica (vía bluetooth) al dispositivo, donde un receptor inalámbrico será capaz de recoger dicha información y un microcontrolador la interpreta generando la cadencia y morfología de los pulsos. Para llevar a cabo estos pasos, se ha utilizado un placa digital de control y recepción inalámbrica y se ha elaborado un programa de recepción y control digital de los pulsos de estimulación. Dentro del dispositivo, existe una etapa analógica en la que un conversor tensión‐intensidad es el encargado de estimular el cultivo celular y en la que se controla la amplitud de dicha estimulación. Una vez diseñado el dispositivo, se ha simulado su parte analógica mediante programas de simulación electrónica. Para comprobar su funcionalidad se ha montado esta etapa en una placa de prototipos. Tras este análisis, se ha realizado el diseño de la placa de circuito impreso que reemplaza a la placa de prototipos. Los resultados obtenidos en su evaluación muestran que el sistema creado constituye un sistema electrónico completo listo para su empleo sobre los cultivos celulares. Así pues, el trabajo ha conseguido alcanzar, con éxito, los objetivos perseguidos.

[EN] Cell culture is one of the main techniques in the life sciences. Thanks to its stimulation it is possible to create certain effects on them and, consequently, on cells. With this base, the work´s main objective appears: Design and develop an electrical stimulation device for cell culture cells using current pulses. To achieve this goal, use is made of: 1) an application for sending configuration parameters, 2) a digital control board and wireless reception and 3) a voltage‐current converter. Through an application programmed on a smartphone, it is possible to define the necessary parameters for pulses creation. Once defined, they are sent remotely and wirelessly (via Bluetooth) to the device, where a wireless receiver will be able to obtain such information and a microcontroller interprets it generating the pulse cadence and morphology. To carry out these steps, a digital control and wireless reception has been used and a program of reception and digital control of stimulation pulses has been developed. Within the device, there is an analogue stage in which a voltage‐current converter is responsible for stimulating cell culture and in which the amplitude of said stimulation is controlled. Once the device is designed, its analogue part has been simulated by electronic simulation programs. To check its functionality this stage has been mounted on a prototype board. After this analysis, the design of printed circuit board that replaces the prototype board has been made.

[CA] El cultiu cel∙lular es una de les principals tècniques en les ciències de la vida. Gracies a la seua estimulació es possible crear uns efectes determinats sobre ells i, per tant, sobre les cèl∙lules. Amb aquesta base, sorgeix l´objectiu principal del treball: Dissenyar i desenvolupar un dispositiu de estimulació elèctrica per a cel∙les de cultiu cel∙lular mitjançant polsos de corrent. Per a aconseguir aquest objectiu es fa ús de: 1) una aplicació per a l´enviament de paràmetres de configuració, 2) una placa digital de control i recepció sense fil i 3) un convertidor tensió‐intensitat. A través d´una aplicació programada en un telèfon intel∙ligent, es possible definir els paràmetres necessaris per a la creació dels polsos. Una vegada definits, s’envien de forma remota i sense fil (via Bluetooth) al dispositiu, on un receptor sense fil serà capaç de recollir aquesta informació i un microcontrolador la interpreta generant la cadència y morfologia dels polsos. Per a dur a terme aquests passos, s´han utilitzat una placa de control digital y recepció sense fil i s´ha elaborat un programa de recepció i control digital dels polsos de estimulació. Dins del dispositiu, existeix una etapa analògica en la que un convertidor tensió‐intensitat es l´encarregat de estimular el cultiu cel∙lular i en la que es controla la amplitud de aquesta estimulació. Una vegada dissenyat el dispositiu, s´ha simulat la seua part analògica mitjançant programes de simulació electrònica. Per a comprovar la seua funcionalitat s´ha muntat aquesta etapa en una placa de prototips. Després d´aquest anàlisi, s´ha realitzat el disseny de la placa de circuit imprés que reemplaça a la placa de prototips. Els resultats obtinguts en la seua avaluació mostren que el sistema creat constitueix un sistema electrònic complet llest per al seu ús sobre els cultius cel∙lulars. Així doncs, el treball ha aconseguit, amb èxit, els objectius perseguits.