ES2278499B1 - Dispositivo para generar electroosmosis. - Google Patents

Abstract

Comprende medios (12) para generar alta tensión (Vo), medios (13) para generar un campo eléctrico a partir de dicha alta tensión, y medios (13) para aplicar dicho campo eléctrico sobre al menos una de las caras de una membrana en la que se produce el efecto osmótico. Se caracteriza por el hecho de que los medios para generar la alta tensión, los medios para generar el campo eléctrico y los medios para aplicar el campo eléctrico están dispuestos conjuntos, de modo que la alta tensión y el campo eléctrico se generan en el mismo punto de aplicación del campo eléctrico sobre una de las caras de la membrana.

Description

Dispositivo para generar electroósmosis.

La presente invención se refiere a un dispositivo para generar electroósmosis y, más concretamente, a un dispositivo que comprende un generador de campos eléctricos variables elevados, capaces de mover partículas en suspensión a través de membranas semipermeables muy próximas o en contacto con dicho generador.

Antecedentes de la invención

Es conocido en el estado de la técnica un fenómeno referenciado como ósmosis, el cual se basa en que iones o partículas en suspensión y separadas por una membrana porosa o semipermeable puedan atravesar de un lado a otro de la membrana. Dicho fenómeno puede ser presionado y acelerado con la aplicación de un campo eléctrico elevado, con lo que el fenómeno pasa a denominarse electroósmosis.

En el caso de que el campo eléctrico aplicado para conseguir la citada aceleración sea de naturaleza alternante en polaridad, y dependiendo de la frecuencia con la que se produce dicha alternancia, es posible conseguir la conducción de las partículas a un determinado lugar deseado por un usuario, recibiendo dicho fenómeno el nombre de dielectroforesis.

Una característica común a todos los fenómenos anteriormente descritos se basa en el hecho de que la temperatura interviene como efecto potenciador del movimiento de traslación de las partículas de un lado a otro de la membra-
na.

Los equipos de aplicación de la electroósmosis y la dielectroforesis comprenden generadores de alta tensión, ya sea en continua o alterna. Dicha alta tensión generada es llevada por unos cables hacia unas placas, generalmente metálicas, que crean entre sí un campo eléctrico.

El hecho de tener que llevar la alta tensión a través de unos cables desde el generador de alta tensión hasta las placas para que generen el campo eléctrico, dispuestas distantes del generador, supone una serie de importantes inconvenientes.

En primer lugar, los cables que se deben utilizar tienen que ser especiales, y por lo tanto caros y difíciles de manipular, pues tienen que aguantar tensiones del orden de los quilovoltios a una determinada radiofrecuencia. Ante este orden de magnitud, dichos cables tienen que estar convenientemente aislados de la alta tensión para evitar posibles descargas, así como quemaduras. Por lo tanto, un posible desperfecto en el aislante puede ocasionar heridas importantes. Además, dichos cables son gruesos y rígidos y, por lo tanto, difíciles de manipular.

El hecho de que dichos cables transporten alta tensión supone implícitamente que se conviertan en una línea de alta impedancia. Dicha característica les convierte en cables muy sensibles a la proximidad, por ejemplo, de un cuerpo humano, por lo que se puede variar la frecuencia. El hecho de que el cable esté enrollado o que tenga una longitud excesiva también afecta a dicha frecuencia.

Por otro lado, como otra consecuencia del inconveniente descrito, no es posible una manipulación y/o modificación sencilla del equipo. Así, por ejemplo, no es posible el intercambio de diferentes placas para diferentes aplicaciones y/o cuerpos, o diferentes zonas de un mismo cuerpo. En el caso de que fuera posible, sería necesario el cambio de todo el conjunto formado por las placas-cables de transmisión de la alta tensión a las placas.

Descripción de la invención

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo para generar electroósmosis más sencillo, en el que no sea necesario un traslado de alta tensión desde el generador de tensión hasta las placas.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la reivindicación 1 proporcionando un dispositivo para generar electroósmosis en el que los medios para generar la alta tensión, los medios para generar el campo eléctrico y los medios para aplicar el campo eléctrico están dispuestos conjuntos, de modo que la alta tensión y el campo eléctrico, normalmente variable, se generan en el mismo punto de aplicación del campo eléctrico sobre una de las caras de la
membrana.

De este modo se consigue un dispositivo para generar electroósmosis que evita el traslado de alta tensión, puesto que la generación de la alta tensión y la formación del campo eléctrico se realizan en el mismo punto de aplicación del campo eléctrico. Por consiguiente, no es necesario utilizar cables especiales para trasladar la tensión desde un posible generador baja tensión hasta los medios para generar alta tensión, dispuestos distantes, puesto que la tensión a trasladar es baja tensión. Además, se evita cualquier peligro de descarga o quemadura a los usuarios y la frecuencia no se ve afectada por cualquier cuerpo próximo o en contacto con el cable, tal como un cuerpo humano. La frecuencia tampoco se ve afectada por otras características tales como la longitud del cable o su enrollamiento. Todo ello es debido a que la transmisión de la baja tensión se realiza a baja impedancia.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, los medios para generar el campo eléctrico y los medios para aplicar dicho campo eléctrico pueden estar formados por los mismos elementos, pudiendo comprender dichos elementos al menos dos placas, generalmente de un material conductor.

De acuerdo con una realización de la invención, cada placa puede disponerse en un lado de la membrana. Dicha realización sólo es posible cuando se tiene acceso a ambos lados de la membrana, sea cual sea la forma de la membrana. En este caso, las placas generan un campo eléctrico entre ellas que actúan sobre las partículas o iones solutos que se desean trasladar a través de la membrana.

Alternativamente, las dos placas pueden disponerse en el mismo lado de la membrana. En este caso, las placas deben colocarse muy próximas entre ellas, lo que obliga a disponerlas muy cercanas o en contacto con la membrana. Ello es debido a que el campo eléctrico que se crea entre las dos placas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Preferentemente, las placas pueden comprender pistas conductoras sobre una placa de circuito impreso, pudiendo ser dicha placa de circuito impreso de un material flexible. De este modo, las placas conductoras pueden tener formas diversas según la necesidad de la aplicación y se pueden adaptar a diferentes superficies, es decir, es posible realizar cualquier diseño de las placas conductoras, pudiendo adaptarse a superficies planas, curvas o tridimensionales.

Según otra realización de la invención, puede disponerse un elemento aislante entre los medios para aplicar el campo eléctrico y la membrana, evitándose el contacto directo entre los medios de aplicación del campo eléctrico, tales como las placas, y la membrana, y la propagación de corrientes eléctricas por la membrana, pero no la del campo eléctrico. En el caso de que las placas estén implementadas sobre una placa de circuito impreso en la forma de pistas conductoras, dicho elemento o capa aislante puede pegarse al circuito impreso, sobre las pistas.

Según otra realización de la invención, el dispositivo comprende medios para generar baja tensión y medios para transportar dicha baja tensión hasta los medios para generar la alta tensión a partir de dicha baja tensión.

Dichos medios para generar la baja tensión, tales como un generador de baja tensión alterna, pueden estar dispuestos distantes o conjuntos con el resto de medios descritos. En el caso de que se dispongan distantes, los medios para transportar la baja tensión generada pueden ser, por ejemplo, cables eléctricos. En el caso de que se dispongan conjuntos, los medios para transportar la baja tensión pueden ser, por ejemplos, pistas conductoras de una placa de circuito impreso.

Según una realización de la invención, tos medios para generar alta tensión pueden comprender un transformador resonante, que puede estar formado por una inductancia y un condensador, al que se le puede acoplar, por ejemplo, de forma inductiva, capacitiva o directa, la señal que proviene de los medios para generar la baja tensión, consiguiéndose la alta tensión necesaria para mayor seguridad en el dispositivo.

Con el acoplamiento inductivo se consigue un gran aislamiento entre el transformador y el resto del dispositivo de la invención. En este caso, si el dispositivo presenta también el elemento aislante entre los medios para aplicar el campo eléctrico y la membrana, se consigue un doble aislamiento entre el transformador y el punto de aplicación del campo eléctrico.

Además, los elementos, tales como las placas, pueden formar parte del mismo circuito resonante.

De acuerdo con otra realización de la invención, los medios para generar la alta tensión, los medios para generar el campo eléctrico a partir de la alta tensión, y los medios para aplicar dicho campo eléctrico pueden estar comprendidos en un contenedor, el cual puede presentar un mango.

Dicha realización permite que se pueda realizar un desplazamiento manual (o mecánico) del contenedor, que incorpora, entre otros, los medios para aplicar el campo eléctrico, a lo largo de la membrana, si dicha membrana tiene una superficie mayor que la superficie del aplicador. Obviamente, el contenedor puede presentar diferentes formas que incorporen o no un mango.

Por otro lado, es posible incorporar al dispositivo un indicador de la intensidad del campo eléctrico producido, tomando una muestra de la tensión del transformador resonante y enviándola a un piloto indicador. Dicho piloto indicador puede estar fijado al contenedor y visible desde el exterior del mismo.

Breve descripción de los dibujos

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los cuales, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

En los dibujos:

Fig. 1 muestra un diagrama esquemático en forma de un circuito eléctrico del dispositivo para generar electroósmosis, de acuerdo con la invención;

Fig. 2 muestra un diagrama esquemático en forma de un circuito eléctrico de un detalle de las placas y de su conexión en el dispositivo de la Fig. 1;

Fig. 3 muestra un diagrama esquemático de una posible realización de un contenedor de las placas de la Fig. 2;

Fig. 4 muestra un diagrama esquemático de un corte longitudinal del contenedor de la Fig. 3; y

Fig. 5 muestra un diagrama esquemático de una posible realización de las placas conductoras de la Fig. 2, para el contenedor de la Fig. 3.

Descripción de realizaciones preferidas

A continuación se realizará la descripción de una realización preferida de la invención, en la que la membrana semipermeable es la piel humana, aunque la aplicación de la invención puede abarcar, entre otros campos, la electromedicina, la cosmética o aplicaciones industriales en las que se requiera el movimiento, separación o reagrupación de partículas.

Como se puede ver en la Fig. 1, el dispositivo 10 para generar electroósmosis al aplicar un campo eléctrico variable y elevado sobre una membrana semipermeable o porosa, tal como la piel humana, comprende un generador (no mostrado) de baja tensión alterna V_{i}, la cual se manda a un aplicador 30 (ver Fig. 3 y Fig. 4) mediante un cable 11 (sin un sofisticado aislamiento puesto que no se traslada alta tensión), cuyo aplicador a su vez comprende un generador de alta tensión en forma de un transformador 12 resonante paralelo, y unas placas conductoras 13 (ver también Fig. 2) entre las que se genera el campo eléctrico a aplicar a la piel (membrana).

El transformador 12 comprende una inductancia L con n_{2} espiras y un condensador C, al cual se le acopla en forma inductiva 14 la señal V_{i} que proviene del generador de baja tensión. Dicho acoplamiento proporciona un gran aislamiento entre el generador y el resto del dispositivo 10.

Es importante destacar que dicho acoplamiento podría realizarse también, por ejemplo, de forma capacitiva o de forma directa.

Así, las referencias de la Fig. 1 también representan:

n_{1}: número de espiras del acoplamiento 14.

n_{2}: número de espiras de la inductancia L.

L y C: la inductancia y el condensador respectivamente que forman el circuito resonante a una frecuencia F determinada.

V_{i}: tensión de entrada proveniente del generador de baja tensión.

V_{o}: tensión de salida inducida en el circuito resonante LC tomado en sus extremos a y b.

Cabe considerar que la tensión V_{i} generada por el generador de baja tensión puede ser variable en amplitud y frecuencia, y también puede ser modulada.

La frecuencia de resonancia F del circuito resonante (transformador+placas) viene determinada por la fórmula

F = 1/6.28\sqrt{LC}

donde F corresponde a la frecuencia de resonancia, L corresponde a la inductancia (en Henrios) y C corresponde al valor de la capacidad (en Faradios), tal como se ha citado anteriormente.

La relación de la transformación de la tensión de entrada al de salida viene dado por la fórmula siguiente:

V_{o} = (n_{2}/n_{1})^{2}V_{1}

Las impedancias de la inductancia y del condensador han de ser iguales (Z_{L}=Z_{C}), situación que sólo se da a la frecuencia de resonancia F del circuito, siendo Z_{L} la impedancia de la inductancia y que corresponde a 6,28LF_{o}, y Z_{C} es la impedancia del condensador, que corresponde a 1 /(6,28CF_{o}).

A dicha frecuencia de resonancia F del circuito resonante LC, cuanto más grande es la relación entre n_{1} y n_{2}, mayor es la tensión producida en los extremos del circuito resonante paralelo. De este modo, se obtiene la tensión elevada necesaria para generar el campo eléctrico a aplicar a la piel y conseguir el efecto de la ósmosis.

Como se puede ver en la Fig. 1 y Fig. 2, en los extremos del circuito resonante y formando parte del mismo, se colocan las placas 13 conductoras que generan un campo eléctrico entre ellas. Dado que la tensión aplicada es alternante en polaridad, el campo generado también lo será cambiando de sentido a la frecuencia del transformador 12.

El campo eléctrico que se crea entre las dos placas conductoras 13 a las que se aplica la tensión V_{o} es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Por esta razón, el aplicador 30 debe colocarse lo más cerca posible de la piel, llegando al contacto. Entre el aplicador y la piel se puede colocar una capa fina de un determinado producto, por ejemplo, cosmético, del que se desea conseguir la penetración a través de la membrana semipermeable de la piel. Dicho producto puede aplicarse en forma liquida o gelatinosa.

Para evitar el contacto directo entre placas conductoras 13 y la piel se intercala un material aislante 31 (ver Fig. 3 y Fig. 4) que evita la propagación de corrientes eléctricas, pero no la del campo eléctrico. Dicho campo eléctrico envuelve ambos lados de la piel, así como las partículas, iones o producto interpuesto.

Si la intensidad del campo eléctrico aplicado se regula a partir de un determinado valor, se produce un fenómeno de calentamiento por pérdidas dieléctricas a ambos lados de la piel, que puede ser controlado, y que acelera notablemente el efecto osmótico, aumentando la velocidad y la cantidad de traslado de iones o partículas.

De lo descrito anteriormente, es de notable aplicación en medicina y cosmética para la penetración de productos a través de la membrana semipermeable de la piel.

De la Fig. 2 también se desprende la posibilidad de añadir un indicador 20 de la intensidad del campo eléctrico generado, tomando una muestra de la tensión del transformador resonante V_{o}, enviándola a dicho indicador 20, que puede ser, por ejemplo, un LED (Light Emitting Diode - Diodo Emisor de Luz).

A partir de todo lo descrito, a continuación se realizará la descripción del funcionamiento del dispositivo de acuerdo con la invención. El generador de baja tensión genera una tensión V_{i} que se transmite vía el cable 11 al transformador resonante 12 para provocar su conversión a alta tensión V_{i}. A través del condensador C del transformador 12, la tensión V_{i} se acopla en forma inductiva y se obtiene la tensión V_{o} de salida en el transformador 12, siendo inducida dicha tensión V_{o} en el circuito resonante LC tomado en sus extremos a y b.

Con dicha tensión V_{o}, las placas 13 generan un campo eléctrico elevado, de manera que cuando el aplicador 30 se sitúa cerca o en contacto con la piel, el producto en forma de capa fina dispuesto sobre la piel penetra a través de ella, provocándose un fenómeno de calentamiento por pérdidas dieléctricas a ambos lados de la piel, acelerándose notablemente el efecto osmótico en la misma.

La Fig. 3 muestra una posible realización del aplicador 30 citado anteriormente, el cual puede presentar diferentes formas, adaptándose a la aplicación a la que se destine. Dicho aplicador está formador por un contenedor 30 que comprende una pieza 31 de material aislante para evitar la propagación de corrientes eléctricas por la piel, pero no la del campo eléctrico, un mango 32 para que pueda ser sujetado con la mano y realizar desplazamientos, y el indicador 20 de la intensidad del campo eléctrico.

Es importante destacar que el aplicador 30 del dispositivo 10 se puede intercambiar con otros aplicadores, presentando dichos otros aplicadores formas y configuraciones adecuadas a la zona sobre la que tienen que actuar y/o a la aplicación que se les desee dar. Debido a que la tensión que alcanza al aplicador es baja tensión, es posible intercambiar únicamente los aplicadores, sin los cables, sin la existencia de descargas al usuario que realiza el intercambio.

La construcción del aplicador 30 prevé la posibilidad que se pueda realizar un desplazamiento, ya sea por medios mecánicos o manuales, a lo largo de la membrana si ésta tiene una superficie mayor a la del aplicador.

En la Fig. 4 se muestra la vista de una sección longitudinal del aplicador 30 según la realización de la Fig. 3. En dicha figura se puede observar que en el interior del contenedor se dispone el transformador resonante 12, que recibe la tensión V_{i} a partir del cable 11, el condensador C, el indicador 20 de la intensidad del campo eléctrico, y las placas conductoras 13 generadoras de dicho campo eléctrico.

Como se muestra en la Fig. 5, las placas conductoras 13 pueden tener formas diversas según la necesidad de la aplicación y se han de adaptar a las superficies, por lo que es adecuado realizarlas en la forma de un circuito impreso 50 flexible al que se le puede dar cualquier diseño de placas conductoras y adaptarlo a superficies planas y curvas. El circuito impreso 50 se pega a una superficie de material aislante que puede ser flexible o tener ya una forma fija. Puesto que a un mismo dispositivo 10 se le pueden conectar diferentes aplicadores, cada uno con una forma adecuada a la aplicación y/o a la zona sobre la que tiene que actuar, es necesario que las placas conductoras presenten la realización descrita. Concretamente, el circuito mostrado se adapta al elemento 31 de material aislante del aplicador 30 de la Fig. 3 y Fig. 4.

A pesar de que se han descrito y representado realizaciones concretas de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, es posible disponer el generador de baja tensión en el propio contenedor 30, de manera que no será necesaria la presencia de cables. Dicho generador de baja tensión puede basarse, por ejemplo, en un oscilador alimentado por baterías. En este caso no es necesario transportar ni alta ni baja tensión, consiguiéndose un dispositivo aún más sencillo.

Claims (20)

1. \global\parskip0.970000\baselineskip

   1. Dispositivo (10) para generar electroósmosis que comprende medios (12) para generar alta tensión (V_{o}), medios (13) para generar un campo eléctrico a partir de dicha alta tensión, y medios (13) para aplicar dicho campo eléctrico sobre al menos una de las caras de una membrana en la que se produce el efecto osmótico, caracterizado por el hecho de que los medios para generar la alta tensión, los medios para generar el campo eléctrico y los medios para aplicar el campo eléctrico están dispuestos conjuntos, de modo que la alta tensión y el campo eléctrico se generan en el mismo punto de aplicación del campo eléctrico sobre una de las caras de la membrana.
2. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios para generar el campo eléctrico y los medios para aplicar dicho campo eléctrico están formados por los mismos elementos (13).
3. 3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que los elementos comprenden al menos dos placas (13).
4. 4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que las placas (13) son de un material conductor.
5. 5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado por el hecho de que cada placa (13) se dispone en un lado de la membrana.
6. 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado por el hecho de que se disponen las dos placas (13) en el mismo lado de la membrana.
7. 7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por el hecho de que las placas comprenden pistas conductoras (13) sobre una placa de circuito impreso (50).
8. 8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la placa de circuito impreso (50) es de un material flexible.
9. 9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que el campo eléctrico generado es un campo eléctrico variable.
10. 10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que se dispone un elemento aislante (31) entre los medios (13) para aplicar el campo eléctrico y la membrana.
11. 11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que comprende medios para generar baja tensión y medios (11) para transportar la baja tensión generada hasta los medios (12) para generar la alta tensión a partir de dicha baja tensión.
12. 12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que los medios para generar la baja tensión y los medios (12) para generar la alta tensión están dispuestos distantes.
13. 13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado por el hecho de que los medios para transportar la baja tensión comprenden cables eléctricos (11).
14. 14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el hecho de que los medios para generar la baja tensión comprenden un generador de baja tensión alterna.
15. 15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que los medios para generar la alta tensión comprenden un transformador resonante (12).
16. 16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que el transformador resonante (12) comprende una inductancia (L) y un condensador (C), al que se le acopla la señal que proviene de los medios para generar la baja tensión.
17. 17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que el acoplamiento entre la señal proveniente de los medios para generar la baja tensión y el condensador (C) del transformador (12) es inductivo (14).
18. 18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado por el hecho de que los elementos (13) forman parte del transformador resonante (12).
19. 19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por el hecho de que los medios (12) para generar la alta tensión, los medios (13) para generar el campo eléctrico a partir de la alta tensión generada, y los medios (13) para aplicar dicho campo eléctrico están contenidos en un contenedor (30).
20. 20. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que el contenedor (30) comprende un mango (32).