Sistema de posicionamiento de muestras y visión infrarroja para hipertermia óptica

Abstract

[ES] A lo largo de este trabajo se muestra el marco teórico de la resonancia de plasmones de superficie (o ablación fototérmica) como aplicación directa para realizar pruebas de aumento de temperatura por medio de un dispositivo de emisión de radiación infrarroja (IR) sobre muestras biológicas en combinación con nanoparticulas metálicas de algún metal noble y lograr el exterminio de células cancerígenas, así surge la necesidad de realizar un equipo que posea un sistema de posicionamiento de muestras y visión infrarroja para hipertermia óptica. Las muestras biológicas con las nanoparticulas se organizan en una forma matricial de dos dimensiones sobre una plataforma que tiene mecanismos de movimiento del tipo piñón cremallera en sentido horizontal y vertical, para conseguir el movimiento lineal de la misma en ambos sentidos; la potencia mecánica se suministra por medio de dos motores paso a paso localizados transversalmente, así la plataforma podrá tener dos grados de libertad en X y Y para ubicar una muestra especifica en unas determinadas coordenadas cartesianas, el control del movimiento de los motores paso a paso se realizó por medio de la IDE de ARDUINO y tiene una interfaz gráfica de usuario hecha en MATLAB para un fácil manejo por parte del usuario. Las muestras al someterse a calor por la acción de radiación infrarroja y producirse un aumento de temperatura de las nanoparticulas, se analizarán por medio de un sensor de cámara termográfica SPARKFUN MLX90640, que adquiere y procesa los valores de temperatura en señales de voltaje, que se capturan en cuadros de imágenes en pixeles de colores para representar el estado térmico de las muestras. El funcionamiento de este sensor termografico también fue programado en la IDE de ARDUINO y posee igualmente una interfaz gráfica de usuario en MATLAB donde se visualiza el comportamiento térmico de las muestras. Cabe mencionar que actualmente existe un equipo de sistema de posicionamiento de muestras para hipertermia en el laboratorio, donde la cámara termográfica está situada junto al dispositivo emisor de IR, tomando una vista no perpendicular de la muestra, y lo que se plantea en el futuro diseño del equipo aquí descrito es que la cámara termográfica este situada debajo de la muestra, justo en la vertical del haz de radiación infrarroja, para que la visión de la muestra sea perfecta. Como este dispositivo no se realizó de forma física por la actual coyuntura de pandemia del COVID-19, pero se plantea de forma teórica, se dejan los códigos realizados del sensor y los motores para una futura construcción.

[EN] Throughout this work the theoretical framework of surface plasmon resonance (or photothermal ablation) is shown as a direct application to perform tests for temperature increase by means of an infrared radiation (IR) emission device on biological samples in combination with metallic nanoparticles of some noble metal to achieve the extermination of cancer cells. The need arises for an equipment that has a sample positioning system and infrared vision for optical hyperthermia. The biological samples with the nanoparticles are organized in a two-dimensional matrix on a platform that has horizontal and vertical movement mechanisms of the kind rack-and-pinion. This to achieve a linear movement in both directions. The mechanical power is supplied by means of two stepper motors which are located transversely, so the platform can have two degrees of freedom (X and Y) in order to locate a specific sample in Cartesian coordinates. The control of the movement of the stepper motors it was made through an ARDUINO IDE that has a graphical user interface designed in MATLAB for easy handling by the user. When the samples are subjected to heat by the action of infrared radiation, there is an increase in temperature of the nanoparticles. They will be analyzed by means of a thermographic camera sensor SPARKFUN MLX90640, which acquires and transduces the temperature values to voltage signals, which are then capture colored pixels¿ frames to represent the thermal state of the samples. The operation of this thermographic sensor was also programmed in the ARDUINO IDE and it also has a graphical user interface designed in MATLAB, where the thermal behavior of the samples is displayed. It is worth mentioning that currently there is a sample positioning system for hyperthermia in the laboratory, where the thermographic camera is located next to the IR emitting device, and a non-perpendicular view of the sample is taken. What it is proposed as future design for the equipment described here, is that the thermographic camera is located below the sample, just in the vertical of the infrared radiation beam, so that the vision of the sample is significantly better. As this device has not been physically built, due to the current COVID-19 pandemic situation, but only proposed theoretically, the code and system design for the sensor and motors are left available for future implementation.