ES2969886T3 - Sistemas y métodos para la detección y cuantificación de amoníaco y amonio en fluidos - Google Patents

Abstract

Un sistema con un dispositivo analizador en comunicación fluida con una muestra de un fluido corporal está configurado para convertir química o electroquímicamente al menos una porción de amonio (NH4+) contenido dentro del fluido corporal en amoníaco (NH3) y disipar el amoníaco convertido (NH3). en una cámara de detección de gas. Un sensor de amoníaco (NH3) ubicado dentro de la cámara de detección de gas junto con un procesador puede cuantificar una cantidad de amoníaco (NH3) presente en la cámara de detección de gas en relación con el amoníaco total del fluido corporal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y métodos para la detección y cuantificación de amoníaco y amonio en fluidos

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud US provisional N° 62/617.053 presentada el 12 de Enero de 2018.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas y a métodos para la detección y cuantificación del "amoníaco total" (definido en el presente documento como la suma de amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)).

Antecedentes

La lesión renal aguda (LRA) adquirida en hospital es un problema de salud importante que puede afectar hasta al 30% de los niños y al 20% de los adultos en el entorno hospitalario. La LRA está asociada con un aumento de la mortalidad y puede resultar en enfermedad renal crónica (ERC), que está fuertemente correlacionada con futuras hospitalizaciones, eventos cardiovasculares y una menor esperanza de vida.

En la mayoría de los casos, la LRA adquirida en hospital es extremadamente difícil de diagnosticar rápidamente (es decir, en minutos u horas) ya que los síntomas y los signos de la LRA generalmente no son evidentes durante la aparición de la LRA. Por consiguiente, la atención médica para la LRA es limitada debido a un reconocimiento insuficiente y retrasado de la LRA. Además, las "características diagnósticas" de la LRA (es decir, concentración elevada de creatinina sérica, disminución de la tasa de diuresis) son, en realidad, unos marcadores bastante deficientes del malestar temprano de tejido renal o LRA temprana (LRA incipiente) debido a que no cambian necesariamente rápidamente y pueden retrasarse mucho (horas o días) con respecto a los primeros momentos de la LRA incipiente. Además, los cambios en la creatinina sérica o la diuresis no son específicos de la LRA. De hecho, el nivel de creatinina sérica puede aumentar y la tasa de diuresis puede disminuir (sin que se produzca realmente una lesión del tejido renal) en muchos escenarios clínicos encontrados comúnmente (por ejemplo, disminución de la ingesta oral de líquidos, pérdidas de fluidos gastrointestinales, pérdidas de fluidos transdérmicos) en los que la perfusión sanguínea al tejido renal ("volumen circulante efectivo") se reduce lo suficiente. La respuesta adaptativa a la reducción del volumen circulante efectivo incluye una disminución de la tasa de filtración glomerular renal (que conduce a una disminución del aclaramiento de creatinina y un aumento de la creatinina sérica) y un aumento de la recuperación de agua renal en el interior de los túbulos colectores del riñón como respuesta al aumento de los niveles circulantes de hormona antidiurética (lo que conduce a la producción de una orina más concentrada y a una reducción de la diuresis). Los niveles de creatinina sérica pueden verse afectados significativamente también por la administración de ciertos fármacos sin que haya presente realmente una lesión en el tejido renal. Estos fármacos incluyen cimetidina, trimetoprima, pirimetamina, salicilatos, fenacemida, corticosteroides y algunos derivados de la vitamina D. El uso de inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina, bloqueadores de los receptores de angiotensina II y diuréticos afectan también al aclaramiento de creatinina (y, de esta manera, a los niveles de creatinina sérica) sin causar LRA. Por consiguiente, la mejora del proceso de diagnóstico para reconocer la LRA incipiente en el paciente hospitalizado es una necesidad clínica no satisfecha.

Existe un intenso interés en descubrir y validar métodos novedosos de detección de LRA. Los métodos de detección de LRA convencionales pueden incluir la prueba en serie de marcadores sanguíneos retrasados (es decir, creatinina) y la monitorización de las tasas de flujo de orina (es decir, la producción de volumen de orina por hora). La exposición de un paciente a extracciones de sangre en serie para monitorizar los cambios en la creatinina sérica es intrínsecamente problemática, ya que cada muestra tomada implica necesariamente la extracción de ese tejido corporal. Además de su naturaleza retrasada y de la falta de especificidad para la LRA, un nivel de creatinina sérica que ha cambiado significativamente como resultado de la LRA es indicativo de daño tisular y de disfunción orgánica global en lugar de malestar celular temprano del tejido renal. Los novedosos biomarcadores urinarios para la LRA (que incluyen la lipocalina asociada a la gelatinasa de neutrófilos (NGAL), la molécula de lesión renal 1 (KIM-1), la proteína de unión al factor de crecimiento similar a la insulina 7 (IGFBP7) y el inhibidor tisular de las metaloproteinasas 2 (TIMP2)) se correlacionan con la LRA (tal como lo definen los marcadores distintivos tradicionales) y pueden cambiar más rápidamente que la creatinina sérica, pero comparten la misma limitación que la creatinina en el sentido de que se retrasa relativamente (es decir, cambian horas, en lugar de minutos, después de producirse la lesión renal). Además, los novedosos biomarcadores de LRA en orina tienen un rendimiento más deficiente en lo que se refiere a la predicción y/o al diagnóstico de la LRA en pacientes con ciertas afecciones de salud, incluyendo la enfermedad renal crónica (ERC) y la sepsis. Teniendo en cuenta además que la discriminación de si un episodio de LRA específico puede o no tratarse mejor mediante una aplicación rápida de maniobras para aumentar el volumen circulante efectivo tiene una importancia clínica crítica en muchos casos, la incapacidad inherente de todas y cada una de las pruebas de LRA de laboratorio estándar y novedosas para ayudar en esa determinación limita también su utilidad global en el entorno de la atención médica. Por consiguiente, existe la necesidad de sistemas y métodos de detección de LRA que sean capaces de detectar rápidamente un tejido renal en riesgo, el malestar del tejido renal y/o la LRA incipiente antes de la aparición de daño tisular renal significativo (LRA).

Con ese propósito, el "amoníaco total" en orina (amoníaco (NH<3>) y el amonio (NH<4+>)) pueden usarse como un novedoso biomarcador en orina para una detección rápida de tejido renal en riesgo, malestar de tejido renal, LRA incipiente y/o LRA. En los fluidos, el amoníaco (NH<3>) y el amonio (NH<4+>) existen en equilibrio uno con el otro, y la cantidad de cada especie depende de las condiciones ambientales circundantes (por ejemplo, el pH, la temperatura, la presión). La producción renal de amoníaco total (amoniogénesis renal) depende principalmente del metabolismo de la glutamina en el interior de las células tubulares proximales renales, además de otras afecciones intrarrenales. La amoniogénesis renal normalmente cambia o se adapta en respuesta a diversas afecciones sistémicas, incluyendo el estado sistémico ácido/base, el estado de potasio y con fluctuaciones en la ingesta de proteínas en la dieta. Los niveles cambiantes de amoníaco total sistémico, tales como los cambios en la función hepática, conducen también a alteraciones en el nivel de amoníaco total en orina. Un volumen circulante efectivo reducido y/o LRA afectan rápidamente a la amoniogénesis renal, reducen el contenido total de amoníaco en la orina y reducen el amoníaco total excretado por el tejido renal. Por lo tanto, la monitorización continua, automatizada y prospectiva de los cambios dinámicos en la concentración y/o el contenido de amoníaco total en orina pueden usarse para detectar rápidamente un cambio subyacente en el flujo sanguíneo renal (volumen circulante efectivo), en un tejido renal en riesgo, en el malestar celular renal, en la LRA incipiente y/o en la LRA. Además, la monitorización continua y automatizada de los cambios dinámicos (aumento o reducción de los niveles) en el amoníaco total en orina puede usarse para detectar cambios subyacentes en cualquier afección sistémica que afecte a la amoniogénesis renal y/o al amoníaco total en orina, incluyendo el estado sistémico ácido/base, el estado de potasio, la ingesta de proteínas en la dieta y el estado de la función hepática.

Por consiguiente, existe la necesidad de sistemas y métodos que permitan la monitorización continua y automatizada de los cambios en la cantidad total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en los fluidos, incluyendo los excretados desde el cuerpo (es decir, orina).

Los sistemas y los métodos convencionales para la medición de amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>) son frecuentemente poco precisos, difíciles de usar, engorrosos y no son susceptibles de pruebas de orina a pie de cama ni de monitorización continua. Los sistemas convencionales para la medición de amoníaco o amonio incluyen: (1) sensores colorimétricos, (2) sensores espectroscópicos, (3) sensores basados en nanomateriales, (4) sensores basados en conductividad sin contacto y (5) barras de reactivos.

Los sensores colorimétricos se usan para la medición de amoníaco (NH<3>) y/o amonio (NH<4+>) en aguas residuales y sangre. Este tipo de sensor consiste en una membrana delgada incrustada con un colorante de pH sensible al amoníaco (NH<3>) fijado al extremo de una unidad de detección (por ejemplo, fibra óptica). Estos dispositivos poseen una alta sensibilidad, pero se requieren mejoras instrumentales adicionales para su uso con muestras biológicas.

Por ejemplo, las técnicas de análisis de sangre en un ROCHE COBAS INTEGRA® se basan en un método enzimático que requiere el uso de dos reactivos y un análisis en los treinta minutos posteriores a la recogida de la muestra de sangre. Este método usado para el análisis de sangre no es aplicable directamente a la medición de orina. Cuando se usa para orina, la orina (concentración total de amoníaco en orina milimolar) debe diluirse en al menos un factor de 10 a 1000 para conseguir una concentración que se encuentre dentro de los límites de la técnica de análisis de sangre (concentración total de amoníaco en sangre micromolar). De esta manera, la técnica de análisis de sangre no es susceptible de pruebas de orina a pie de cama.

En otro ejemplo, un dispositivo de mano, portátil, puede detectar niveles de amonio (NH<4+>) en sangre. El dispositivo de mano, portátil, puede usar un sensor basado en los colores y una membrana de partición que convierte el amonio (NH<4+>) en amoníaco (NH<3>). Sin embargo, el dispositivo de mano puede ser de un solo uso, que proporciona solo una medida de un punto en el tiempo de amonio (NH<4+>) y puede no ser susceptible de medidas continuas, automatizadas o repetidas. Además, el dispositivo de mano, portátil, descrito puede usarse con sangre, lo que requiere un muestreo de sangre invasivo y hace que la evaluación sea más difícil y engorrosa si se desea una monitorización continua de un paciente. Además, debido a que el dispositivo de mano, portátil, descrito se usa con sangre, puede no ser adaptable para su uso fuera de un entorno médico (es decir, en el hogar de un paciente). Además, el dispositivo no proporciona una cuantificación continua durante al menos 24 horas, la cual es necesaria para monitorear las afecciones clínicas críticas. Además, los dispositivos de mano, portátiles, convencionales han demostrado una precisión inadecuada y son propensos a resultados de pruebas tanto falsos positivos como falsos negativos.

Los métodos convencionales para detectar amonio (NH<4+>) o amoníaco (NH<3>) en muestras pueden incluir también métodos basados en laboratorio con manipulación manual o basada en bombas de líquidos y muestras, e instrumentos de detección externos, tales como escáneres o fibra óptica con un tubo fotomultiplicador. Estos sistemas convencionales pueden usar una membrana de extracción basada en papel o mezclas de soluciones para el análisis de amonio (NH<4+>) o amoníaco (NH<3>) en agua, o muestras puras. Los métodos basados en laboratorio no son capaces de detectar con precisión los niveles de amonio (NH<4+>) o amoníaco (NH<3>) a partir de una muestra de un fluido corporal complejo que contiene cantidades altamente variables de otros componentes disueltos (es decir, orina).

Además, la medición semicontinua de amonio (NH<4+>)/amoníaco (NH<3>) realizada en aplicaciones de monitorización de la calidad del agua con tecnologías comerciales basadas en sensores amperométricos o colorimétricos no es adaptable a entornos médicos. Por ejemplo, el dispositivo ANALYTICAL TECHONOLOGY Q45N pesa 6,8 kilogramos (15 libras) y convierte el amonio (NH<4+>)/amoníaco (NH<3>) en solución en una monocloramina estable que se mide con un sensor amperométrico. Requiere un caudal mínimo de 200 ml/min (Nota: El volumen de orina mínimo u obligatorio para los seres humanos es de 0,5 ml/kg/h. Para seres humanos adultos, la diuresis típica es de 800-2000 ml/día (0,6-1,4 ml/min)) y es fiable en el intervalo de 0 - 5 ppm de NH<3>(0-270 micromolar). El analizador colorimétrico AZTEC 600 (ABB) está diseñado para un uso semicontinuo en aguas residuales. Solo puede medir cuatro muestras por hora usando la química del azul de indofenol, y requiere caudales continuos de 200 - 500 ml/min. Mide hasta 3 ppm de amoníaco (NH<3>). El dispositivo AWA INSTRUMENTS CX4000 funciona también según un principio colorimétrico. Estos dispositivos de medición semicontinua altamente comerciales procedentes de la industria del tratamiento de agua no son fácilmente adaptables para su uso en un entorno médico, y los sensores que utilizan esos dispositivos deben calibrarse regularmente para diferentes intervalos de concentración. La medición por lotes de amonio (NH<4+>)/amoníaco (NH<3>) en soluciones acuosas se realiza comúnmente en aplicaciones de tratamiento de agua mediante una sonda de iones de amonio o un colorímetro acoplado con un espectrofotómetro.

El funcionamiento de los electrodos selectivos de iones de amonio (NH<4+>) (bien en estado sólido o basados en membrana) se basa en el principio de una membrana con un intercambiador de iones selectivo de amonio (NH<4+>) que resulta en diferentes potenciales a través de la membrana que compara una solución desconocida con una solución de referencia. La mayoría de los métodos colorimétricos de amonio (NH<4+>) implican la adición de reactivos a una muestra de agua y la evaluación del color de las soluciones líquidas con un instrumento especializado. Algunas pruebas colorimétricas de amonio (NH<4+>) implican tiras (similares a las tiras de medición de pH) en las que se añade un reactivo a una solución, la tira se sumerge en la solución y se observa visualmente un cambio de color. Los productos de medición por lotes disponibles comercialmente requieren el uso de reactivos, enzimas y/o grandes equipos de análisis. El método enzimático de Roche requiere un volumen de muestra mínimo de 20 pl y no está diseñado para orina. Los electrodos selectivos de amonio (NH<4+>) para soluciones acuosas requieren volúmenes de muestra mínimos de unos pocos mililitros y el electrodo debe calibrarse cada 1-2 horas (en una medición continua). Para ser exactos, los electrodos deben calibrarse también con diferentes soluciones dependiendo del intervalo de concentración esperado de amonio (NH<4+>) en la solución que se está midiendo.

La mayoría de las técnicas de medición para la detección de amonio (NH<4+>)/amoníaco (NH<3>) en muestras humanas se basan en el aliento o la sangre (plasma). Sin embargo, las técnicas convencionales no son apropiadas para una monitorización continua, ya que los electrodos selectivos de iones requieren una calibración que requiere mucho tiempo entre el análisis de cada muestra debido a la estabilidad limitada de las membranas de detección y la deriva en la salida de medición. Por ejemplo, el electrodo ORION™ High-Performance Ammonium (NH<4+>) Electrode debe calibrarse antes de cada nueva medición para minimizar la deriva de la medición debida a la estabilidad limitada de las membranas de detección.

Además, dada la complejidad de las muestras biológicas, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha aprobado unas pocas metodologías para la investigación clínica. Para la detección de amonio (NH<4+>) en sangre y orina, los ensayos enzimáticos son la única técnica que cumple con los estándares de la FDA. En general, los ensayos enzimáticos tienen una vida útil de almacenamiento limitada, implican múltiples etapas de incubación, requieren tiempos de procesamiento superiores a una hora e implican una carga de trabajo significativa para los operarios.

Los métodos espectroscópicos de medición de amoníaco (NH<3>) gaseoso incluyen espectroscopía con láser de cascada cuántica pulsado y resonadores ópticos de microanillos. Aunque existen sistemas de medición de gran tamaño (de mesa), estos carecen del pequeño tamaño, el bajo peso y el bajo coste deseables para la monitorización individual portátil (tal como a pie de cama en un hospital). Por ejemplo, el amoníaco (NH<3>) puede detectarse mediante espectroscopía de absorción mediante instrumentos tales como NEPHROLUX™, que usa un láser ajustable y un detector acústico para realizar mediciones de subpartes por mil millones (ppb) con fondo cero de amoníaco (NH<3>) en presencia de interferentes, tales como dióxido de carbono y vapor de agua (tal como en la respiración). Aunque las técnicas espectroscópicas son extremadamente sensibles, normalmente tienen componentes voluminosos que hacen que no sean convenientes para un uso personalizado. Además, los componentes ópticos en la espectroscopia de absorción son propensos a desalineaciones y no son adecuados para un uso personalizado.

La cromatografía de gases - espectrometría de masas (GC-MS) y la espectrometría de masas con tubo de flujo de iones selectivo (SIFT-MS) pueden ser precisas para la medición de amoníaco (NH<3>), pero son caras y los instrumentos son difíciles de mantener. La GC-MS separa e identifica tanto el amoníaco (NH<3>) como el amonio (NH<4+>) a partir de mezclas complejas, pero requiere una instrumentación costosa (~$ 300.000) y etapas de preconcentración que impiden una alta reproducibilidad y una implementación en tiempo real. La SIFT-MS se desarrolló para la detección en tiempo real de volátiles de bajo peso molecular, incluyendo el amoníaco (NH<3>), en diferentes muestras biológicas (espacio de cabeza de la piel y la orina, aliento, etc.), pero es también costosa (~$ 200.000) y bastante difícil de mantener.

Los quimiorresistores y los sensores electroquímicos basados en nanomateriales exhiben límites de detección que coinciden con los niveles de amoníaco (NH<3>) clínicamente relevantes (amoníaco (NH<3>) en el aliento en ppb) bajo condiciones de laboratorio bien definidas, casi ideales. Sin embargo, la detección de amoníaco (NH<3>) en muestras complejas usando estos sensores requiere una mejora adicional para obtener la selectividad y la vida útil necesarias para las condiciones de monitorización continua.

Además, los detectores de amoníaco (NH<3>) convencionales pueden incluir un sensor basado en conductividad sin contacto. Sin embargo, la solución ácida usada en un sensor de amoníaco (NH<3>) basado en conductividad sin contacto convencional requiere un reemplazo después de cada medición, lo que hace que la medición continua sea poco práctica.

Por último, aunque las tiras reactivas de orina se usan ampliamente en entornos clínicos para determinar 10 parámetros diferentes de la orina (incluyendo pH, gravedad específica, esterasa leucocitaria, nitrito, urobilinógeno, proteína, hemoglobina, glucosa, cetonas, bilirrubina), los lectores electrónicos comerciales de estas tiras reactivas de orina no incluyen mediciones de amoníaco (NH<3>) o amonio (NH<4+>). Sin embargo, se comercializan barras de reactivo de detección de amonio (NH<4+>) para su uso en muestras de agua. El funcionamiento de estas barras reactivas de detección de amonio (NH<4+>) se basa en reacciones químicas irreversibles y, por lo tanto, son dispositivos de un solo uso. Aunque estas barras reactivas son rápidas y fáciles de usar, solo proporcionan una evaluación semicuantitativa de los parámetros y no demuestran la precisión y la capacidad de monitorización continua en tiempo real deseada en aplicaciones críticas.

Además, debido a que el amoníaco (NH<3>) y el amonio (NH<4+>) en soluciones biológicas se encuentran en equilibrio entre sí y debido a que cada especie se convertirá espontáneamente en la otra dependiendo de los cambios en las condiciones locales (es decir, pH, temperatura, presión) en el interior de la muestra biológica que está siendo sometida a una prueba, existe la necesidad de sistemas y métodos para detectar y cuantificar el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en el interior de una muestra biológica (por ejemplo, fluido corporal, orina) en el campo médico que explique también la presencia de amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>) en muestra que está siendo sometida a una prueba.

Por consiguiente, existe la necesidad de sistemas y métodos que permitan una monitorización continua y automatizada de los cambios en la concentración y/o la cantidad de amoníaco (NH<3>) en los fluidos corporales que tengan en cuenta también la presencia de amonio (NH<4+>) en el fluido corporal.

El documento EP 0481 436 A1 describe un elemento analítico multicapa integral para la determinación de amoníaco o una sustancia productora de amoníaco que incluye un soporte impermeable a los líquidos y transmisor de la luz, una capa indicadora que contiene un indicador que produce un cambio detectable por amoníaco gaseoso, una capa de barrera de permeación de líquido, una capa reactiva que contiene un tampón alcalino y opcionalmente un reactivo capaz de reaccionar con una sustancia para producir amoníaco y una capa de dispersión laminadas en este orden, que se mejora en el sentido de que la capa indicadora contiene un polivinil alquil éter, y/o que se mejora en el sentido de que la superficie de dicho soporte orientada hacia la capa indicadora está revestida con un polivinil alquil éter, una hidroxialquil celulosa, una alquil celulosa, poliestireno, un polialquil metacrilato, cloruro de polivinilideno, alcohol polivinílico o polivinil pirrolidona, que no contiene sustancialmente amoníaco ni iones de amonio.

El documento EP 0525550 A1 describe un método de medición de un analito usando un elemento analítico seco que incluye: un proceso de suministro de una solución de reactivos de medición al elemento analítico que comprende al menos una capa de polímero hidrófilo y una capa de dispersión laminadas sobre un soporte impermeable al agua y que no contiene los reactivos de medición a los que se ha suministrado una muestra líquida y, de esta manera, se produce la reacción; y un proceso de medición del elemento analítico en el que se produjo la reacción mediante un medio óptico. Según el método anterior, la vida útil del elemento analítico se mejora en gran medida. Además, debido a que pueden usarse los reactivos de medición usados en el análisis húmedo convencional, no es necesario desarrollar elementos analíticos para cada elemento de medición. Además, puede aplicarse un tipo de elemento analítico a muchos elementos.

El documento US 2016/231310 A1 describe un biosensor para medir la concentración total de uno o múltiples iones de amoníaco o amonio con el uso de reactivos de indofenol en presencia de un ionómero. En algunos casos, el biosensor comprende una membrana perfluorada que comprende un ionómero en contacto con un tampón alcalino en un recipiente configurado para recibir una muestra, tal como sangre entera.

El documento US2008041136 A1 divulga un dispositivo reutilizable para la monitorización continua de la concentración de amoníaco (NH<3>) gaseoso, en el que dicho dispositivo comprende una membrana de detección y una membrana de filtro permeable al amoníaco gaseoso.

Sumario

La presente divulgación describe sistemas y métodos relacionados con la detección de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en fluidos. La presente invención está definida por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes representan realizaciones adicionales de la invención.

Los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden convertir amonio (NH<4+>) en amoníaco (NH<3>). Dependiendo del pH, las muestras corporales, tales como orina, pueden contener cantidades variables de amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>). Los sistemas y los métodos descritos en el presente documento son capaces de extraer amoníaco (NH<3>) a partir del fluido biológico (por ejemplo, orina, sudor, sangre, etc.) mediante una membrana de extracción de manera que prácticamente la suma total de amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>) contenida en el interior de la muestra biológica se mide como amoníaco (NH<3>). Esto puede permitir que las muestras secuenciales de un fluido (por ejemplo, orina, a medida que se produce) se midan de manera secuencial y casi continua para determinar la concentración total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)). La membrana de extracción puede convertir prácticamente todo el amonio (NH<4+>) de la muestra de fluido en amoníaco (NH<3>) química o electroquímicamente.

En un primer aspecto, un sistema para detectar el amoníaco total en un fluido corporal incluye un dispositivo analizador. El dispositivo analizador está configurado para estar en comunicación de fluido con una muestra del fluido corporal. El dispositivo analizador incluye una membrana de extracción (que convierte prácticamente todo el amonio (NH<4+>) de la muestra de fluido en amoníaco (NH<3>)), una cámara de detección de gas y un sensor de amoníaco (NH<3>). Un sistema de acondicionamiento y suministro de muestras controlado de manera inteligente puede controlar la cantidad de fluido corporal que entra en contacto con la membrana de extracción de manera que el rendimiento del sensor se mantenga inalterado durante múltiples usos continuos y largos períodos de tiempo. El sistema de acondicionamiento y suministro de muestras puede ser operado por un sistema de válvulas programable de manera inteligente basado en un algoritmo inteligente, que incluye el volumen de la muestra, el tiempo y la información de cambio de la señal del sensor.

En algunas realizaciones, el sistema de acondicionamiento y suministro de muestras puede incluir un mecanismo de prevención de saturación y deriva de señal que incluye un sistema de válvulas accionado de manera microcontrolada. El sistema de válvulas accionado de manera microcontrolada puede controlar el volumen de fluido corporal que está en contacto con el dispositivo analizador. El sistema de válvulas accionado de manera microcontrolada puede tener una válvula que está configurada para controlar el suministro de fluido corporal, gas del espacio de cabeza y gas desde un canal de puesta a cero. El sistema de acondicionamiento y suministro de muestras puede estar formado al menos por dos entradas: un canal de muestreo en contacto con un fluido corporal y un canal de purga en contacto con un material de puesta a cero que permite que el sistema registre una línea base. La línea de base puede ser esencial para corregir la deriva de las señales del sensor. La membrana de extracción está situada entre un área en comunicación de fluido con el fluido corporal y la cámara de detección, y está configurada para 1) extraer y convertir química o electroquímicamente al menos una parte del amonio (NH<4+>) contenido en el interior del fluido corporal en amoníaco (NH<3>) gaseoso, 2) eliminar interferencias y 3) disipar el amoníaco (NH<3>) gaseoso concentrado a la cámara de detección. Un sensor de amoníaco (NH<3>) situado en el interior de la cámara de detección puede tratarse previamente con calor bajo condiciones específicas, y puede incluir un algoritmo de calibración previa para garantizar el rendimiento del sensor bajo un amplio intervalo de condiciones de temperatura, humedad relativa y presión. El procesador del sensor de amoníaco (NH<3>) incluye una memoria no transitoria que almacena instrucciones que, cuando se ejecutan, causan que el procesador cuantifique una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección con relación al amoníaco total en el fluido corporal, donde el amoníaco total es una suma del amoníaco (NH<3>) y del amonio (NH<4+>). El dispositivo analizador detecta, en base a la cantidad cuantificada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección y la manera en la que esa cantidad puede cambiar con el tiempo, al menos una de las alteraciones en la función de los órganos o tejidos, la aparición de daños en órganos o tejidos, cambios en la fisiología biológica sistémica del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) u otros procesos corporales en los que los niveles de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en los fluidos corporales cambian. Opcionalmente, el sistema puede incluir también un dispositivo de interfaz de usuario. En algunas realizaciones, el sensor de amoníaco (NH<3>) puede estar configurado además para transmitir la cantidad cuantificada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección al dispositivo de interfaz de usuario. En algunas realizaciones, el dispositivo de interfaz de usuario puede estar configurado para recibir al menos una transmisión desde el dispositivo analizador, e incluir una pantalla con una interfaz gráfica de usuario que está configurada para mostrar la transmisión recibida desde el dispositivo analizador.

En un segundo aspecto, un método ex vivo para detectar el amoníaco total en un fluido corporal recibe, en un dispositivo analizador, una muestra del fluido corporal; convierte, mediante una membrana de extracción situada entre un área en comunicación de fluido con la muestra de fluido corporal y una cámara de detección del dispositivo analizador, al menos una parte de amonio (NH<4+>) contenida en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>) gaseoso; disipa, mediante la membrana de extracción, el amoníaco (NH<3>) gaseoso convertido a la cámara de detección; determina, mediante un sensor de amoníaco (NH<3>) situado en el interior de la cámara de detección, una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección; y detecta al menos uno de entre una función de órgano o tisular alterada, daño en órganos o tejidos, cambios en la fisiología que afectan la concentración total de amoníaco en fluidos corporales u otros procesos corporales en los que los niveles totales de amoníaco en los fluidos corporales cambian, en respuesta a: que la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas pasa un umbral en una dirección indicada, la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas está fuera de un intervalo esperado, o la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) es un cambio anómalo de una cantidad previamente determinada de amoníaco (NH<3>) en la cámara de detección de gas. Opcionalmente, el método puede incluir además transmitir a un dispositivo de interfaz de usuario, la cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección, donde el dispositivo de interfaz de usuario incluye además una pantalla que tiene una interfaz gráfica de usuario. Opcionalmente, el método puede incluir también recibir, en el dispositivo de interfaz de usuario, la cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección; y mostrar, a través de la interfaz gráfica de usuario, la cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección.

En un tercer aspecto, un método ex vivo para determinar la función renal incluye la etapa de detectar un nivel de amoníaco (NH<3>) en una muestra del sujeto en un primer dispositivo analizador, tal como se ha descrito anteriormente. A continuación, el dispositivo analizador transmite el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) a un segundo dispositivo de interfaz de usuario. A continuación, el segundo dispositivo de interfaz de usuario correlaciona el nivel de amoníaco (NH<3>) detectado en una muestra del sujeto con un diagnóstico de función renal alterada. La correlación tiene en cuenta el nivel de amoníaco (NH<3>) detectado en una muestra del sujeto en comparación con el nivel de amoníaco (NH<3>) detectado en un sujeto normal o el nivel de amoníaco (NH<3>) detectado en una muestra anterior del sujeto.

En algunas realizaciones, un dispositivo no invasivo puede detectar, de manera semicontinua, la concentración total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de un fluido. El dispositivo no invasivo puede miniaturizarse, puede colocarse convenientemente y puede transmitir datos automáticamente para proporcionar un análisis casi en tiempo real y/o semicontinuo. En algunas realizaciones, el dispositivo puede usarse para la monitorización automatizado y la detección rápida de lesión renal aguda (LRA) en pacientes hospitalizados con un catéter urinario permanente. De manera alternativa, el dispositivo puede usarse para la detección de cambios en la amoniogénesis renal y/o cambios en el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina debidos a 1) cambios en la función renal, 2) lesión o insuficiencia renal aguda, 3) enfermedad renal crónica, 4) cambios en la función hepática, 5) lesión o insuficiencia hepática aguda, 6) enfermedad hepática crónica (por ejemplo, cirrosis), 7) hemorragia gastrointestinal aguda, 8) hemorragia gastrointestinal crónica, 9) enfermedades metabólicas genéticas o hereditarias que implican o afectan a aspectos de la fisiología del amoníaco, incluyendo su generación, manipulación, y/o excreción (por ejemplo, trastornos del ciclo de la urea, acidurias orgánicas, deficiencia de carnitina debida a defectos en la oxidación de ácidos grasos, aminoaciduria dibásica y defectos en el metabolismo del piruvato), 10) variaciones de los procesos metabólicos normales (por ejemplo, aumento de la generación y la excreción de amoníaco después de una comida proteica), 11) cambios o desequilibrios de ácidos/bases sistémicos agudos o crónicos debidos a procesos metabólicos o estados de enfermedad, 12) cambios o desequilibrios ácido/base sistémicos agudos o crónicos debido a procesos respiratorios o estados de enfermedad, 13) volumen circulante efectivo alterado, 14) flujo sanguíneo renal alterado, o 15) flujo plasmático renal.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 ilustra un diagrama esquemático de un analizador para determinar el amoníaco total de un fluido según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 2 es un diagrama esquemático de un ejemplo de una cámara de detección para amoníaco según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 3 ilustra una imagen de un sensor para la detección de amoníaco (NH<3>) a partir de fluidos corporales según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig.4 ilustra un gráfico de cambio de absorbancia según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig.5 ilustra un gráfico de cambio de absorbancia de un sensor para amoníaco (panel A), un diagrama de conjunto para un sensor para amoníaco (panel B), un gráfico de cambio de absorbancia de un sensor antes y después de la exposición al amoníaco (panel C), y un diagrama de un conjunto de sensores (denominado sensor híbrido) (panel D) según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 6 ilustra gráficos asociados a la especificidad (panel A), precisión (panel B), reversibilidad y respuesta temporal (panel C), y vida útil y estabilidad del sensor (panel D) del sensor para amoníaco según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 7 ilustra una imagen y un diagrama esquemático para un sensor de amoníaco según un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 8 ilustra un gráfico de análisis de orina realizado con un sensor para amoníaco relacionado con un aspecto de la presente divulgación (denominado sensor híbrido), y un método de referencia: electrodo selectivo de iones

La Fig. 9 ilustra gráficos de un sensor para amoníaco tras la exposición al amoníaco. Los gráficos muestran la señal de los fotodiodos relacionados con un aspecto de la presente divulgación, que funcionan como fotodiodos de detección y fotodiodos de referencia.

La Fig. 10 ilustra un diagrama esquemático y un gráfico de datos experimentales relacionados con el sustrato sensor de la presente divulgación.

La Fig. 11 ilustra un diagrama esquemático de un analizador integrado para el amoníaco total (amonio (NH<4+>) y amoníaco (NH<3>)) relacionado con un aspecto de la presente divulgación. Cabe señalar que no se muestra el detector óptico de color.

La Fig. 12 ilustra gráficos de señales de sensor de amoníaco relacionados con un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 13 ilustra gráficas de calibración del sensor para amoníaco relacionado con un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 14 ilustra gráficos de datos experimentales evaluados por el dispositivo analizador de amoníaco total (CODA) relacionados con un aspecto de la presente divulgación, que muestran la selectividad y la respuesta al análisis de muestras consecutivas.

La Fig. 15 ilustra gráficos de datos experimentales evaluados por el analizador de amoníaco total (CODA) relacionados con un aspecto de la presente divulgación, que muestran la salida de amoníaco total (como amoníaco, NH<3>) y la precisión del dispositivo.

La Fig. 16 ilustra un gráfico de datos experimentales relacionados con un aspecto de la presente divulgación, que muestran la estabilidad del sensor para amoníaco.

La Fig. 17 ilustra gráficos de datos experimentales relacionados con un aspecto de la presente divulgación, que muestran un análisis de fluidos corporales reales (orina) realizado por el analizador (CODA) y un método de referencia (electrodo selectivo de iones (ISE)).

La Fig. 18 ilustra la preparación del sensor en un pañal, y la detección de amoníaco en orina en el inserto de pañal preparado, relacionado con un aspecto de la presente divulgación.

La Fig. 19 muestra los componentes de un CODA ejemplar para monitorear de manera continua el amoníaco en muestras biológicas.

Las Figs.20a-20o muestran un ejemplo de una membrana de extracción química y la manera en la que diferentes variables, tales como la porosidad, las condiciones límite, la concentración NH<4+>inicial de en la muestra y la geometría afectan al perfil de concentración del material alcalino en la membrana de extracción.

Las Figs. 21a y 21b son resultados modelo del perfil de concentración en sección transversal del material alcalino en una membrana de extracción química, después del primer ciclo (Fig. 21a) y después del 20° ciclo (Fig. 21b).

Las Figs. 22a y 22b ilustran el rendimiento analítico de la membrana de extracción y del sensor global para fluidos corporales complejos.

La Fig. 23 muestra los resultados del amoníaco medido mediante un método enzimático de referencia en tres muestras con interferencia debida a aminoácidos.

La Fig. 24 muestra una demostración de sensibilidad cuantificable de sensores genéricos que permiten estrategias sin calibración para la cuantificación de amoníaco.

La Fig. 25 muestra una medición continua de 37,6 mM a 3,6 mM de NH<4+>.

Descripción detallada

Algunas realizaciones de los sistemas y los métodos descritos en el presente documento incluyen un dispositivo de detección y cuantificación continuas del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) que es inalámbrico, de estado sólido y portátil. Además de otras aplicaciones potenciales, los profesionales de la salud pueden usar los sistemas, los métodos y los aparatos descritos en el presente documento para medir de manera fiable el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en muestras biológicas de manera más rápida y más precisa de lo que era posible anteriormente con los sistemas convencionales. En algunas realizaciones, los sistemas, los métodos y los aparatos descritos en el presente documento pueden ser capaces de determinar la concentración precisa del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) contenido en una muestra biológica en cinco segundos y de transmitir datos de manera inalámbrica a otros dispositivos. En algunas realizaciones, la transmisión inalámbrica puede realizarse usando Bluetooth®. En algunas realizaciones, los sistemas, los métodos y los aparatos descritos en el presente documento pueden incluir una membrana de extracción, un sensor de amoníaco (NH<3>) compuesto por un material hidrófobo, tal como un sustrato de politetrafluoroetileno (PTFE) impregnado con un indicador de pH, tal como azul de bromofenol, diodos emisores de luz (LEDs) con la longitud de onda de absorción máxima del indicador, y fotodiodos configurados para medir los cambios de absorbancia después de la exposición al amoníaco (NH<3>). Además, los LEDs con una longitud de onda diferente donde el indicador no absorbe la luz pueden estar configurados con fotodiodos correspondientes para producir una segunda lectura que permita una corrección adicional de las derivas de la señal del sensor. Los fotodiodos transducen el cambio de color del sensor a una señal electrónica, que puede transmitirse (por cable o de manera inalámbrica) a dispositivos inteligentes para obtener lecturas. Los sistemas, los métodos y los aparatos descritos pueden exhibir alta sensibilidad, alta especificidad, reversibilidad rápida y tiempo de respuesta rápido en comparación con los sistemas convencionales.

Tal como se ha descrito anteriormente, el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina puede usarse como un biomarcador para la detección temprana de la lesión renal aguda (LRA) y otras afecciones y dolencias fisiológicas. Los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden usarse para la detección del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina u otros fluidos biológicos y/o amoníaco (NH<3>) gaseoso en el espacio de cabeza de la orina o el espacio de cabeza de otros fluidos biológicos. Los fluidos biológicos pueden incluir uno o más de entre sangre entera, plasma sanguíneo, suero sanguíneo, fluido intracelular, fluido intercelular, fluido intersticial, fluido linfático (linfa), sudor, orina, fluido pleural, fluido pericárdico, fluido peritoneal, fluido biliar (bilis), heces, fluido cefalorraquídeo, fluido sinovial, saliva, esputo, fluido nasal o fluido ocular.

Tal como se analizará adicionalmente más adelante, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden incluir un dispositivo analizador. El dispositivo analizador, al que se hace referencia opcionalmente en el presente documento como analizador colorimétrico dinámico optoelectrónico (o simplemente "CODA"), puede proporcionar una detección y una cuantificación de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina en tiempo real y continuas, usando cantidades muy pequeñas de orina o fluido corporal. El dispositivo analizador puede usar un sensor integrado con una sonda de detección sensible al amoníaco (NH<3>) basada en un colorante de pH. A diferencia de los métodos de detección convencionales para los biofluidos del cuerpo humano, que miden directamente el amonio (NH<4+>) disuelto en sangre u orina, la cámara de detección del dispositivo analizador puede detectar y medir el amoníaco (NH<3>) gaseoso en el espacio de cabeza de la orina convirtiendo el amonio (NH<4+>) fluido en amoníaco (NH<3>) gaseoso por la exposición alcalina del biofluido (o la muestra de fluido corporal) antes de la medición.

Con referencia ahora a la Fig. 1, se presenta una ilustración esquemática de un sistema para detectar el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de un fluido biológico (por ejemplo, orina, etc.). Tal como se ilustra en la Fig. 1, un analizador que puede llevarse puesto puede incluir un dispositivo 100 analizador que se encuentra en comunicación inalámbrica con un dispositivo 102 de interfaz de usuario. En algunas realizaciones, el dispositivo 100 analizador puede incluir una membrana 104 de extracción, un sensor 106 de amoníaco (NH<3>), fotodiodos 108, diodos 110 emisores de luz, un microcontrolador 112, transmisor/receptor 114 Bluetooth®, una placa 116 de circuito impreso flexible y/o baterías 118 flexibles. La membrana 104 de extracción puede estar configurada para estar en comunicación de fluido con una muestra de fluido biológico, tal como orina, o el espacio de cabeza de una muestra 120 de fluido biológico.

La membrana 104 de extracción está situada entre un área en comunicación de fluido con un fluido corporal y una cámara de detección (que contiene el sensor 106 de amoníaco (NH<3>)). La membrana 104 de extracción está configurada para convertir al menos una parte del amonio (NH<4+>) contenido en el interior del fluido corporal en amoníaco (NH<3>) y disipar el amoníaco (NH<3>) convertido a la cámara de detección. Tal como se describirá más adelante, en algunas realizaciones, la membrana de extracción puede incluir una capa distribuidora, una capa alcalina, una capa hidrófoba y una capa indicadora. La capa distribuidora puede estar configurada para distribuir la muestra de fluido corporal a lo largo de la membrana de extracción. La capa alcalina puede estar configurada para convertir al menos una parte del amonio (NH<4+>) en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>). En algunas realizaciones, la capa alcalina puede incluir hidróxido orgánico y/o hidróxido de sodio. La capa hidrófoba puede estar configurada para filtrar el amoníaco (NH<3>) convertido a partir de la muestra de fluido corporal y disipar el amoníaco (NH<3>) convertido a la cámara de detección. En algunas realizaciones, la capa hidrófoba puede incluir politetrafluoroetileno y similares. La capa indicadora puede incluir azul de bromofenol, un indicador de pH basado en plantas (por ejemplo, antocianina) o cualquier otro material adecuado. La capa indicadora puede estar configurada para cambiar de color, como respuesta a una cantidad y/o concentración del amoníaco (NH<3>) gaseoso del fluido corporal y/o el amoníaco (NH<3>) gaseoso extraído a partir de la exposición del amonio (NH<4+>) fluido a, y la interacción con, la capa alcalina.

En algunas realizaciones, el sensor 106 de amoníaco (NH<3>) puede incluir un sensor colorimétrico de nanocompuestos que usa nanomateriales de detección compuestos para la detección de amoníaco (NH<3>) en un área 106A de detección y un área 106B de referencia (sin una sonda de detección) para evaluar los cambios de color de absorbancia. En algunas realizaciones, la absorbancia se calcula como el negativo del logaritmo de la señal desde el área de detección dividido por la señal desde el área de referencia. Juntos, los diodos 110 emisores de luz y los fotodiodos pueden formar una unidad de detección (o sensor híbrido), tal como se describe adicionalmente más adelante. El sensor 106 de amoníaco (NH<3>) puede incluir también un procesador con una memoria no transitoria que almacena instrucciones que, cuando se ejecutan, causan que el procesador cuantifique una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección.

Tal como se describirá más detalladamente a continuación, el sensor de amoníaco (NH<3>) puede incluir cuatro fotodiodos: dos fotodiodos de detección colocados en el área 106A de detección y dos fotodiodos de referencia colocados en el área 106B de referencia. Puede haber dos diodos emisores de luz configurados para iluminar la capa indicadora. En algunas realizaciones, los diodos emisores de luz pueden emitir luz roja. En algunas realizaciones, la fuente de luz y el detector de luz pueden estar configurados para usar un chip CMOS (cámara).

El sensor 106 de amoníaco (NH<3>) puede cuantificar la cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección calculando una métrica de absorbancia de la capa indicadora en base a una señal desde el primer fotodiodo y una señal desde el segundo fotodiodo, y convirtiendo la métrica de absorbancia en la cantidad cuantificable de amoníaco (NH<3>) comparando la métrica de absorbancia calculada con uno o más valores de referencia que indican una relación entre la absorbancia y la concentración de amoníaco (NH<3>). Además, la señal de absorbancia puede corregirse adicionalmente a partir de los LEDs y los fotodiodos correspondientes designados para registrar una señal de sensor a una longitud de onda en la que el indicador no absorbe luz (longitud de onda de absorción mínima), tal como una longitud de onda superior a 675 nm.

En algunas realizaciones, la interfaz 102 de usuario se encuentra en un dispositivo informático. El dispositivo informático puede estar integrado con el sistema de detección o en un dispositivo externo. El dispositivo informático integrado puede estar asociado con una pantalla. En el dispositivo externo, la interfaz 102 de usuario puede incluir una o más aplicaciones de software que pueden adquirir datos desde el dispositivo 100 analizador, y pueden generar uno o más informes a ser mostrados en una interfaz gráfica de usuario de la interfaz 102 de usuario. Los informes generados pueden requerir la realización de uno o más cálculos analíticos sobre los datos adquiridos desde el dispositivo 100 analizador. El dispositivo informático puede ser un dispositivo móvil, tal como un ordenador tipo tableta (por ejemplo, Apple iPad, Samsung Galaxy Tab, etc.), un teléfono inteligente (por ejemplo, Apple iPhone, Blackberry. Android, etc.), un reloj inteligente (por ejemplo, Apple Watch, etc.), un asistente digital personal (PDA), un dispositivo de ordenador personal (PCs; con software a través de navegador web e instalable), y/u otro dispositivo similar. El dispositivo informático puede estar cableado o acoplado de manera que puede comunicarse con el dispositivo 100 analizador a través de una red, tal como una red de área local (LAN), una red de área amplia (WAN), una línea de suscripción digital (DSL), redes inalámbricas (por ejemplo, redes 3G o 4G) u otros medios de conexión equivalentes. En la Fig. 1 se ilustra una configuración de comunicación Bluetooth®.

El dispositivo informático puede incluir un dispositivo de procesamiento, memoria, dispositivo de almacenamiento de datos e interfaz de comunicación. Los componentes pueden comunicarse entre sí a través de un bus de datos y de control. El dispositivo de procesamiento puede incluir, sin estar limitarse a, un microprocesador, una unidad de procesamiento central, un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC, por sus siglas en inglés), una matriz de puertas programables por campo (FPGA, por sus siglas en inglés), un procesador de señales digitales (DSP, por sus siglas en inglés) y/o un procesador de red. El dispositivo de procesamiento puede estar configurado para ejecutar la lógica de procesamiento para realizar las operaciones descritas en el presente documento. En general, el dispositivo de procesamiento puede incluir cualquier dispositivo de procesamiento de propósito especial adecuado programado especialmente con lógica de procesamiento para realizar las operaciones descritas en el presente documento.

La memoria puede incluir, por ejemplo, sin limitarse a, al menos una de entre una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria flash, una RAM dinámica (DRAM) y una RAM estática (SRAM), que almacena instrucciones legibles por ordenador ejecutables por el dispositivo de procesamiento. En general, la memoria puede incluir cualquier medio de almacenamiento legible por ordenador, no transitorio, adecuado que almacene instrucciones legibles por ordenador ejecutables por el dispositivo de procesamiento para realizar las operaciones descritas en el presente documento. En algunos ejemplos, el dispositivo informático puede incluir dos o más dispositivos de memoria (por ejemplo, memoria dinámica y memoria estática).

El dispositivo informático puede incluir un dispositivo de interfaz de comunicación, para la comunicación directa con otros ordenadores (incluyendo una comunicación por cable y/o inalámbrica), y/o para la comunicación con una red. En algunos ejemplos, el dispositivo informático puede incluir un dispositivo de visualización (por ejemplo, una pantalla de cristal líquido (LCD), una pantalla táctil, etc.). En algunos ejemplos, el dispositivo informático puede incluir una interfaz de usuario (por ejemplo, un dispositivo de entrada alfanumérico, un dispositivo de control de cursor, etc.).

En algunos ejemplos, el dispositivo informático puede incluir un dispositivo de almacenamiento de datos que almacena instrucciones (por ejemplo, software) para realizar una cualquiera o más de las funciones descritas en el presente documento. El dispositivo de almacenamiento de datos puede incluir cualquier medio de almacenamiento legible por ordenador, no transitorio, adecuado, incluyendo, sin limitarse a, memorias de estado sólido, medios ópticos y medios magnéticos.

Tal como se ilustra en la Fig. 1, el dispositivo 100 analizador puede tener varias configuraciones. Por ejemplo, en el Panel C de la Fig. 1, se ilustra una versión en forma de tubo del dispositivo 100 analizador. En la versión en forma de tubo del dispositivo 100 analizador, la placa 116 de circuito impreso flexible inalámbrica está configurada para tener baterías 118 flexibles y pantallas flexibles situadas debajo de la placa 116 de circuito impreso flexible inalámbrica. La versión en forma de tubo del dispositivo 100 analizador está configurada de manera que la membrana de extracción esté en contacto de fluido con la orina en un tubo. En el Panel C de la Fig. 1, el dispositivo 100 analizador está colocado en serie con la orina de un paciente en un tubo de catéter o en una bolsa de recogida.

En algunas realizaciones, con el fin de mitigar el ensuciamiento del dispositivo analizador, la superficie del sensor puede situarse en una dirección paralela al flujo de orina para evitar depósitos de sólidos de orina (véase el Panel C de la Fig. 1).

En algunas realizaciones, se incluye una modificación hidrófila en la pared del conector para mejorar una fácil humectación del conector y la membrana, para mitigar la obstrucción de la muestra en la membrana debido a la conexión del analizador a un catéter. Además, una realización del sistema descrito en el presente documento puede usar accesorios de tubo estándares a prueba de fugas de Jaco™ de manera que no se permitan fugas de orina.

De manera alternativa, en un ejemplo no según la invención reivindicada, tal como se ilustra en el Panel D de la Fig. 1, puede usarse una versión adhesiva del dispositivo 100 analizador para adherir el dispositivo 100 a un pañal o a la piel de manera que la membrana 104 de extracción esté en contacto con la orina o el sudor, respectivamente.

En algunas realizaciones, el dispositivo 100 analizador puede proporcionar mediciones de respuesta rápida y precisas, específicas, para concentraciones de amoníaco (NH<3>) gaseoso que varían de 2 ppm a 1000 ppm (correspondientes a 0,1 mmol/l a 50 mmol/l de amonio (NH<4+>) en fluido líquido). El sensor 106 de amoníaco (NH<3>) puede ser muy selectivo para el amoníaco (NH<3>), especialmente considerando la elevada cantidad de interferentes en el espacio de cabeza de la orina. Tal como se describirá a continuación, un sensor 106 construido según los métodos y los sistemas descritos en el presente documento, puede mostrar una buena capacidad de reutilización en largos períodos de muestreo, lo que permite el uso diario para aplicaciones médicas. Por consiguiente, el dispositivo 100 analizador puede monitorear de manera precisa el nivel total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en la orina y/o el amoníaco (NH<3>) gaseoso extraído de la orina, tal como se evidencia mediante la comparación con las mediciones realizadas con un método de referencia comercial (electrodo ISE), descrito más detalladamente en la sección de Experimentos a continuación. En algunas realizaciones, el sensor 106 de amoníaco (NH<3>) puede ser duradero y puede durar al menos 10 semanas. Tal como se describirá a continuación, el proceso de síntesis del sensor 106 puede ser simple y fácilmente reproducible. Además, el dispositivo 100 analizador puede conectarse de manera inalámbrica a dispositivos inteligentes, proporcionando de esta manera flexibilidad para las mediciones para la monitorización de la salud de pacientes hospitalizados, ambulatorios o personales.

En algunas realizaciones, el dispositivo 100 analizador puede ser especialmente adecuado para entornos hospitalarios o ambulatorios. Tal como se ha descrito anteriormente en conexión con la Fig. 1, el dispositivo 100 analizador puede incluir un cartucho reemplazable que contiene una membrana/sensor de extracción y componentes optoelectrónicos combinados para la detección de amoníaco (NH<3>), acondicionamiento de señales y comunicación inalámbrica con un dispositivo de interfaz de usuario. El software para la adquisición de datos, los algoritmos de procesamiento de señales, la pantalla, la transmisión y la interfaz de usuario puede estar incluido en el dispositivo 100 analizador y/o en la interfaz 102 de usuario.

En algunas realizaciones, una muestra del fluido corporal (tal como orina o sudor) puede desviarse hacia el cartucho de membrana/sensor de extracción (cartucho reemplazable) donde se extrae el amoníaco (NH<3>). El amoníaco (NH<3>) extraído puede interactuar con el sensor colorimétrico del cartucho, cambiando de esta manera su color en función de la concentración de amoníaco (NH<3>). A continuación, el software que incluye uno o más algoritmos de procesamiento de señales puede determinar la concentración de amoníaco (NH<3>). En algunas realizaciones, la tasa de excreción de amoníaco total en orina o sudor (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) puede determinarse si se conoce la concentración de amoníaco (NH<3>) extraído y el pH del fluido y/o el caudal del fluido. En algunas realizaciones, la tasa de excreción de orina, el espacio de cabeza de la piel o la excreción total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en el sudor pueden estimarse también si se conoce la concentración de amoníaco (NH<3>) extraído y la densidad, la gravedad específica, la osmolalidad u osmolaridad del fluido. En algunas realizaciones, las pruebas pueden realizarse de manera automatizada y en serie, realizándose pruebas cada pocos minutos. A continuación, los datos pueden transmitirse automáticamente desde el dispositivo 100 analizador a la interfaz 102 de usuario, donde los datos pueden procesarse y mostrarse gráficamente.

Por ejemplo, la interfaz 102 de usuario puede mostrar cambios en la concentración total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) o de amoníaco (NH<3>) en orina o la tasa de excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) o de amoníaco (NH<3>) en orina a lo largo del tiempo. La interfaz 102 de usuario puede estar configurada para ser observada periódicamente por los profesionales de la salud, los pacientes, etc. En algunas realizaciones, el dispositivo 100 analizador o la interfaz 102 de usuario pueden ser capaces de identificar un cambio abrupto o inesperado en la concentración y/o en la tasa de excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en la orina y de activar una alerta automatizada para que pueda informarse a los profesionales de la salud tan pronto como sea posible acerca de los cambios de estado metabólico o de salud relevantes y asociados que culminaron en el cambio de los parámetros de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en la orina (por ejemplo, una posible insuficiencia renal aguda o un posible evento de lesión renal aguda (LRA)). Las mediciones anteriores de la concentración y/o la tasa de excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) pueden almacenarse en una base de datos y pueden estar disponibles para una comparación.

Tal como se ha descrito anteriormente, la combinación membrana/sensor de extracción está basada en un sensor colorimétrico para medir el amoníaco (NH<3>) y en la membrana de extracción, que se montan ambos en el mismo sustrato/unidad para que los principios de detección puedan escalarse y miniaturizarse (tal como se ilustra en las Figs. 1 y 5). Las dimensiones de la membrana de extracción con la capacidad de extracción de un tampón alcalino pueden reducirse desde centímetros a milímetros. En algunas realizaciones, la membrana de extracción puede estar configurada para extraer amoníaco (NH<3>) a partir de amonio (NH<4+>) a un pH igual o superior a 10 en la fase gaseosa siguiendo el comportamiento de partición constante de Henry. Los componentes de colorimetría pueden estar configurados para detectar una absorción de luz por unidad de área de manera que la sensibilidad se determine mediante sitios de unión por unidad de área, independientemente del área de detección total. En otras palabras, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden permitir el escalamiento del tamaño combinado de la membrana de extracción/sensor sin sacrificar la calidad de la extracción, la sensibilidad y el límite de detección. El método de detección del sensor es de bajo coste, con componentes optoelectrónicos flexibles de alto rendimiento, tales como LEDs y fotodiodos (PDs) (véase el Panel D de la Fig. 5).

Se hace referencia ahora a la Fig. 2, que ilustra un diagrama esquemático para un sensor de amoníaco (NH<3>) según un aspecto de la presente divulgación. Tal como se ilustra, la cámara de detección puede incluir un diodo 110 emisor de luz roja que está posicionado para iluminar el área 106A de detección, y el área 106B de referencia que están situadas paralelas a la dirección del flujo. Los fotodiodos 108 pueden colocarse debajo del área 106A de detección y del área 106B de referencia. Puede dirigirse un gas objetivo a la cámara de detección, donde se expone al sensor que, a continuación, exhibe un cambio de color proporcional a la concentración de amoníaco (NH<3>) en el gas objetivo. Los fotodiodos 108 pueden montarse en la placa de circuito impreso con resistencias para aumentar la sensibilidad de la señal del fotodiodo. Mediante el uso de la Ley de Beer, los cambios en el negativo del logaritmo de la relación de señales entre las áreas de detección y de referencia pueden usarse para determinar la concentración de amoníaco (NH<3>) gaseoso a través de la absorbancia.

Se hace referencia ahora a la Fig. 3, que ilustra un cartucho analizador para el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de un fluido según un aspecto de la presente divulgación. Tal como se ilustra en la Fig. 1, el dispositivo 100 analizador puede estar en comunicación inalámbrica con una interfaz 102 de usuario. De manera alternativa, puede usarse una comunicación por cable. Además, tal como se ilustra en la Fig. 3, el área de detección puede ser sensible a las concentraciones de amoníaco (NH<3>). En las secciones anteriores y posteriores de la Fig. 3, el cambio de color en el área 106A de detección se ilustra después de la exposición al amoníaco (NH<3>).

Se hace referencia ahora a la Fig. 4, que ilustra un gráfico de cambio de absorbancia según un aspecto de la presente divulgación. El cambio del espectro de la absorbancia del sensor obtenido con la cámara de detección de un espetrofotómetro JAZ se ilustra antes y después de la exposición al amoníaco (NH<3>). Tal como se ilustra, el sensor tiene un intervalo de longitud de onda de absorbancia máxima entre 600 y 630 nm. La absorbancia máxima del sensor de amoníaco (NH<3>) se produce entre 600-630 nm, y la absorbancia mínima se produce a longitudes de onda superiores a 675 nm.

Se hace referencia ahora a la Fig. 5, que ilustra un diagrama esquemático y un diagrama de montaje para un sensor para el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de un fluido según un aspecto de la presente divulgación. El panel A en la Fig. 5 ilustra un sensor de nanocompuestos de azul de bromofenol (BPB) incluido en la capa indicadora de la membrana de extracción. Tal como se ilustra en el Panel A de la Fig. 5, los elementos sensores pueden cambiar de color después de la exposición al amoníaco (NH<3>). Los elementos sensores pueden estar realizados en nanocristales químicamente selectivos de BPB que se depositan sobre un sustrato hidrófobo poroso que proporciona una respuesta rápida y reversible al amoníaco (NH<3>). El proceso de preparación del sensor se ilustra en el Panel B de la Fig. 5. Tal como se ilustra, el proceso de fabricación del sensor puede incluir un proceso de laminación y de corte por láser. El panel C de la Fig. 5 ilustra el espectro de absorbancia de un sensor durante la exposición al amoníaco (NH<3>). Se indica una longitud de onda de absorbancia máxima de 630 nm. El panel D de la Fig. 5 ilustra un conjunto de sensores (denominado sensor híbrido) según el proceso de laminación ilustrado en el panel B de la Fig. 5. El esquema de este conjunto de sensores ilustra los componentes optoelectrónicos para la detección simultánea en longitudes de onda de absorbancia máxima y mínima.

Tal como se ilustra en los Paneles A y C de la Fig.5, el nanocompuesto para el sensor de amoníaco (NH<3>) puede fabricarse usando un indicador de pH (por ejemplo, azul de bromofenol, BPB) como la sonda molecular. Puede usarse cualquier indicador de pH alternativo adecuado. En algunas realizaciones, el sustrato de sensor colorimétrico puede construirse a partir de membranas a medida o comerciales (por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE)) que se empapan en una solución de BPB (un agente sensor colorimétrico), que produce nanocristales cuando se deposita sobre el sustrato. A continuación, el sustrato de PTFE modificado puede secarse a 25°C. Este proceso puede hacer que la sonda molecular (BPB) cree una estructura nanocristalina que se forma sobre el PTFE. En algunas realizaciones, esto puede permitir la reacción crucial o rápida con el amoníaco (NH<3>) analito. En algunas realizaciones, las sondas moleculares pueden usarse para la detección rápida y selectiva del amoníaco (NH<3>) de la orina o del espacio de cabeza de la piel. Se analizaron y estudiaron diferentes combinaciones de productos químicos y métodos de preparación de sustratos, tal como se describirá a continuación con relación a los experimentos. En algunas realizaciones, el sustrato hidrófobo poroso para la inmovilización de BPB (PTFE) puede promover no solo una reacción rápida del amoníaco (NH<3>) sino también una reacción reversible, ya que el sustrato no retiene el agua circundante y, de esta manera, evita la solubilización del amoníaco (NH<3>) de manera permanente. Tal como se ilustra, el nanocompuesto resultante demostró nanocristales rápidos y altamente sensibles (<200 ms) (véanse los Paneles C en las Figs. 5 y 6) con una alta especificidad en presencia de moléculas interferentes de orina/sudor (véase el Panel A en la Fig. 6).

En el Panel D de la Fig. 5, el sensor estructurado se representa con sus componentes principales. Los componentes principales incluyen una membrana laminada en la parte superior de un separador, y la membrana laminada y el separador están situados en la parte superior del sensor. De manera alternativa, la membrana de extracción puede estar separada físicamente del sensor o de la cámara del sensor. Además, el conjunto tiene un distribuidor de alimentación que entra en contacto directo con el fluido biológico (es decir, orina, sudor). Los componentes ilustrados pueden integrarse en un cartucho sensor usando una capa de enmascaramiento mediante el proceso de laminación ilustrado en el Panel B de la Fig. 5. Los componentes laminados pueden formar un conjunto individual que encaja en la cámara del sensor con los componentes optoelectrónicos, tal como se muestra en el Panel D de la Fig.5 y el Panel A de la Fig. 1. La señal producida por los componentes optoelectrónicos puede capturarse electrónicamente y puede procesarse con datos de calibración. A continuación, los datos pueden transmitirse por cable o de manera inalámbrica a la interfaz 102 de usuario. A continuación, los datos pueden mostrarse gráficamente en función del tiempo para mostrar las tendencias de la concentración total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en los fluidos corporales y/o la tasa de excreción. En algunas realizaciones, pueden enviarse señales de advertencia automáticas de cambios rápidos en la concentración y/o la excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en los fluidos corporales a los médicos responsables para alertar a los mismos acerca de cambios en el estado metabólico y/o afecciones potencialmente perjudiciales.

El cartucho está diseñado con electrónica flexible integrada para adaptarse en un sistema tubular o una tira adhesiva, de manera que el usuario pueda "aplicar y usar” fácilmente el mismo, tal como se ilustra en las dos configuraciones del dispositivo analizador ilustradas en los Paneles C y D de la Fig. 1. En algunas realizaciones, los LEDs y los PDs pueden colocarse en la placa de circuito impreso flexible (PCB) tan cerca del cartucho del sensor como sea posible con el fin de eliminar la necesidad de óptica de enfoque, resultando de esta manera en reducciones de tamaño y coste (véanse los Paneles A y D de la Fig. 5).

Los LEDs y los PDs pueden usarse en modo de reflexión. Con el fin de mitigar las señales de deriva del sensor, pueden usarse dos LEDs. El dispositivo 100 analizador puede formar una unidad integrada que está adaptada para encajar con un tubo o una tira adhesiva. En ambas versiones (véanse los Paneles C y D de la Fig. 1) del analizador que puede llevarse puesto, la electrónica, incluyendo los componentes electroópticos, el microcontrolador, la energía desde una pequeña batería flexible de película delgada (por ejemplo, Blue Spark Technologies Inc.), la pequeña pantalla, el interruptor de encendido y el Bluetooth® de baja energía están montados en la PCB flexible. La PCB flexible puede tener un microcontrolador para controlar y leer las señales de los sensores colorimétricos, realizar funciones generales de recogida de datos, procesamiento de datos mínimo para la pantalla integrada (si se usa como una opción para la concentración instantánea de amoníaco total [amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)]) y transmisión a través de Bluetooth®. En algunas realizaciones, el conjunto completo descrito puede colocarse en el interior de una carcasa elegante diseñada para ser portátil, funcional y ergonómica.

En algunas realizaciones, con el fin de mitigar la deriva de la línea de referencia del sensor de amoníaco (NH<3>) con el tiempo de uso debido a cambios en la temperatura, la manipulación mecánica, la estabilidad de los componentes eléctricos, etc., el sensor puede estar configurado con dos áreas de detección idénticas y dos áreas de referencia idénticas. Cada par de las áreas de detección y de referencia puede iluminarse con un LED. Los LEDs pueden tener longitudes de onda distintivas. Un LED puede tener una longitud de onda de 630 nm y puede usarse para capturar el cambio de absorbancia máximo de la sonda de detección (Abs max). El segundo LED puede tener una longitud de onda de no absorción (por ejemplo, 700 nm) y puede usarse para capturar la absorbancia mínima de referencia de la sonda de detección (Abs min).

La diferencia en absorbancia: Absorbancia Delta = Absorbancia máxima - Absorbancia mínima puede usarse como la señal del sensor. El uso de las dos longitudes de onda corrige la deriva adicional de la línea de base en el sistema de sensores (véase el Panel D de la Fig. 5).

Además, tal como se ilustra también en el Panel D de la Fig. 5, con el fin de mitigar las fluctuaciones de la intensidad de la luz LED, en algunas realizaciones, se usa un único LED para iluminar las áreas de detección y de referencia. La lectura de absorbancia de la sonda de detección puede calcularse de la siguiente manera: Absorbancia = -log (lectura del área de detección/lectura del área de referencia).

Se hace referencia ahora a la Fig. 6, que ilustra un análisis de especificidad (Panel A), la precisión de detección de amoníaco (NH<3>) (Panel B), la reversibilidad y el tiempo de respuesta (Panel C) y la vida útil del sensor (Panel D).

Tal como se ilustra en el Panel A de la Fig. 6, el sensor puede estar configurado para ser específico para el amoníaco (NH<3>) y no reactivo a otros materiales.

Además, tal como se ilustra en el Panel B de la Fig. 6, el conjunto de la membrana de extracción y el sensor de amoníaco (NH<3>) puede demostrar una alta sensibilidad para la detección de amoníaco (NH<3>), con una detección de amoníaco (NH<3>) que varía desde partes por mil millones (ppb) a varias partes por millón (ppm), y un elevado nivel de precisión en comparación con un método de referencia enzimático o el método comercial, tal como un electrodo selectivo de iones. Por ejemplo, tal como se ilustra en el Panel B de la Fig. 6, el coeficiente de correlación (r2) = 0,998, 88% de precisión con un 2% de error (intervalo de conf. 95%).

El panel C de la Fig. 6 ilustra la reversibilidad y la respuesta temporal del sensor. Se representa la respuesta de voltaje del área de detección a la exposición cíclica a partes elevadas por millón y partes bajas por millón de amoníaco (NH<3>) a lo largo del tiempo.

El panel D de la Fig. 6 ilustra la sensibilidad del sensor (absorbancia frente a concentración) después de la exposición a niveles de amoníaco (NH<3>) durante 24 horas. Tal como se ilustra, el sensor demuestra capacidad de reutilización después del acondicionamiento previo. El acondicionamiento previo puede incluir la colocación del dispositivo analizador a 45 grados Celsius durante 2 semanas. Esto puede permitir la inmovilización robusta de los componentes a los sustratos de soporte, así como condiciones de envío y de uso operativo exigentes. En conexión con esta prueba, la extracción de amoníaco (NH<3>) se realizó en una membrana de poliestireno/PTFE tamponada con glicina altamente concentrada a pH=10, que se curó con hidróxidos orgánicos.

En ejemplos no según la invención reivindicada, tal como se ilustra en la Fig. 7, el dispositivo analizador puede incluir además un sensor 120 de temperatura. El dispositivo analizador ilustrado está configurado para contactar con la piel con el fin de medir el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en el sudor. El sensor 120 de temperatura puede implementarse junto a la superficie del sensor del conjunto para determinar la temperatura in situ del sensor del conjunto y proporcionar correcciones de las lecturas de nivel de amoníaco (NH<3>) debido a los cambios de temperatura. Además, el dispositivo analizador representado en la Fig. 7 y el Panel D de la Fig. 1, puede incluir una capa adhesiva que proporciona un sellado hermético del compartimento del espacio de cabeza de la piel.

En algunas realizaciones, un dispositivo analizador puede incluir uno o más sensores para al menos uno de entre el pH del fluido, la densidad del fluido, la gravedad específica del fluido, la osmolalidad del fluido, la temperatura del fluido, la presión parcial de oxígeno (O<2>), la presión parcial de dióxido de carbono (CO<2>), la presión parcial de nitrógeno (N<2>), sodio (Na<+>), potasio (K<+>), cloruro (Cl-), bicarbonato (HCO<3->), calcio (Ca<2+>), magnesio (Mg<2+>), iones fosfato (incluyendo H<2>PO<4->, HPO<42->, PO<43->), creatinina, urea, ácido úrico, cistatina C, aminoácidos, enzimas de borde en cepillo de túbulos renales, albúmina, proteína Tamm-Horsfall, insulina, cortisol, cortisona, creatinina, lactato, AMP cíclico, lipocalina asociada con la gelatinasa de neutrófilos (NGAL), molécula de lesión renal-1 (KIM-1), proteína de unión a factor de crecimiento similar a insulina 7 (IGFBP7) e inhibidor tisular de metaloproteinasas 2 (TIMP2). Un dispositivo analizador puede incluir un sensor de flujo configurado para determinar un volumen total de fluido y/o una tasa de producción de fluido. En algunas realizaciones, la tasa de producción de fluido puede expresarse en unidades de volumen de orina por unidades de tiempo.

En algunas realizaciones, el dispositivo 100 analizador puede incluir también uno o más algoritmos de procesamiento de señales configurados para procesar los datos sin procesar desde el sensor y para realizar una calibración de para compensar cualquier efecto de memoria en el sensor. En algunas realizaciones, el algoritmo de procesamiento de señales puede tener en cuenta cualquier efecto de memoria en el sensor cuando la concentración de la solución de alimentación se cambia rápidamente.

La medición del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en muestras biológicas ha presentado tradicionalmente desafíos técnicos. La concentración de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) y/o amonio (NH<4+>) en orina generalmente no se mide, y los médicos han sido capacitados para calcular y utilizar un indicador indirecto erróneo (es decir, la "brecha aniónica urinaria") para estimar la concentración total de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) y/o amonio (NH<4+>) en las muestras de orina. Sin embargo, un método más fiable para determinar los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en sangre, orina y otros fluidos biológicos (por ejemplo, aliento, sudor), puede ser de gran beneficio en ciertos entornos clínicos. Por ejemplo, el amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en sangre es un marcador importante (aunque menos conveniente para la obtención de muestras que la orina) usado para informar las decisiones de tratamiento para pacientes con trastornos del ciclo de la urea, acidurias orgánicas, deficiencia de carnitina debida a defectos en la oxidación de ácidos grasos, aminoaciduria dibásica, defectos en el metabolismo del piruvato y enfermedad hepática (por ejemplo, cirrosis). Se conoce que los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina cambian junto con los niveles sanguíneos de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en pacientes con UCD; por lo tanto, la medición en serie de los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina será de gran ayuda para individualizar el tratamiento para los pacientes con UCD sin la necesidad de tomar muestras de sangre con mucha frecuencia. Los cambios dinámicos en la generación renal de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) (es decir, amoniogénesis renal) son estimulados por las condiciones sistémicas de equilibrio ácido-base, equilibrio de potasio y otras; de esta manera, una mejor comprensión momento a momento de los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina en los pacientes propensos a trastornos ácidobase o de potasio (es decir, pacientes hospitalizados en estado crítico) aumentaría el conocimiento clínico inmediato y podría aprovecharse para servir como una señal de alerta temprana de condiciones sistémicas rápidamente cambiantes (y si no poco reconocidas o no reconocidas). Debido a las complejas interacciones de las adaptaciones renales y hepáticas para la homeostasis total del amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)), los trastornos de cualquiera de estos órganos pueden producir cambios rápidos en los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de los fluidos corporales. Por ejemplo, la disfunción o descompensación hepática aguda está asociada con un aumento en los niveles de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en plasma sanguíneo, mientras que la disfunción renal aguda está asociada con una rápida disminución del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en la orina. En el entorno ambulatorio, la monitorización en serie de los niveles totales de amoníaco (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de las muestras biológicas (incluyendo el aliento, el sudor, la sangre y la orina) podría proporcionar un nivel de referencia de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)), de manera que las desviaciones con respecto al mismo serían una fuerte señal predictiva de una descompensación hepática no resuelta en pacientes con enfermedad hepática avanzada o una señal predictiva de una disfunción renal no resuelta. En el entorno hospitalario, los pacientes con catéteres urinarios permanentes con alto riesgo de lesión renal aguda podrían ser monitoreados para detectar cambios rápidos en la concentración o la tasa de excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina como el primer signo de malestar del tejido renal o lesión renal aguda. La utilización de esa técnica podría conducir a una rápida identificación de la lesión renal aguda (compárese los minutos con las horas o días que requieren los marcadores tradicionales retrasados, incluyendo la creatinina sérica). En cualquiera de estos escenarios, los tratamientos específicos para mejorar el malestar o la disfunción orgánica subyacente podrían emplearse de una manera mucho más rápida e individualizada de lo que ocurre hoy en día en la práctica médica moderna. Por consiguiente, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento para la detección de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) pueden adaptarse para su uso en el entorno clínico.

En algunas realizaciones, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden mejorar los resultados de salud y pueden reducir los costes de atención médica asociados para los pacientes hospitalizados que experimentan un evento de lesión renal aguda (LRA). En pacientes hospitalizados con catéteres urinarios permanentes, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden monitorear de manera continua la LRA y pueden mostrar una señal automáticamente a los miembros del equipo de atención médica si ha comenzado un evento de LRA o cuando se sospecha de un evento de LRA. Estudios previos han demostrado que cuando un evento de LRA se reconoce más rápidamente, el resultado del paciente mejora.

En algunas realizaciones, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden ayudar a los investigadores clínicos a probar terapias novedosas para la LRA en humanos. La falta de capacidad para diagnosticar rápidamente la LRA (fuera del entorno de laboratorio controlado en modelos animales) ha impedido en gran medida la mayoría, si no todos, los intentos anteriores de investigación terapéutica de LRA en sujetos humanos y continúa dificultando terriblemente la atención de la LRA en el entorno clínico. Esto es debido, al menos en parte, a que los tratamientos novedosos que se están probando en poblaciones de estudio humanas se proporcionan casi universalmente fuera de la ventana de tratamiento ideal, en el que algunos de los cuales en estudios informados se administraron días después de que se conociera el inicio del evento de LRA. De manera interesante, muchas terapias novedosas han demostrado ser muy prometedoras en experimentos con animales en los que se conocía con precisión la cronología de la LRA y en los que el fármaco se administró rápidamente después de producirse el evento de LRA (es decir, en 90 minutos siguientes). En el entorno clínico, no se conoce la cronología de la LRA porque: 1) los síntomas y las señales casi siempre están ausentes, 2) los marcadores actuales van muy retrasados (es decir, varias horas o días) y 3) nunca se ha desarrollado un sistema de detección para identificar los momentos iniciales de insuficiencia renal aguda y/o LRA incipiente. Con las pruebas apropiadas, es posible que una de las terapias novedosas que ha demostrado ser significativamente prometedora en modelos animales de LRA encuentre un lugar en una práctica clínica futura fácilmente imaginable en la que la LRA humana pueda detectarse rápidamente, tal como con los sistemas y los métodos descritos en el presente documento.

Los sistemas y los métodos descritos en el presente documento para la detección de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) de un fluido pueden usarse también en conexión con estudios de fisiología en los que la amoniogénesis renal y/o la excreción de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) renal cambia rápidamente. Además, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden usarse para la detección de afecciones médicas en las que las herramientas de diagnóstico actuales son limitadas y en las que los cambios de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina pueden correlacionarse con el inicio o la actividad de la enfermedad. Estas afecciones incluyen, pero no se limitan a: 1) cambios en la función renal, 2) lesión o insuficiencia renal aguda, 3) enfermedad renal crónica, 4) cambios en la función hepática, 5) lesión o insuficiencia hepática aguda, 6) enfermedad hepática crónica (por ejemplo, cirrosis), 7) hemorragia gastrointestinal aguda, 8) hemorragia gastrointestinal crónica, 9) enfermedades metabólicas genéticas o hereditarias que implican o afectan a aspectos de la fisiología del amoníaco (NH<3>) y/o del amonio (NH<4+>), incluyendo su generación, manipulación y/o excreción (por ejemplo, trastornos del ciclo de la urea, acidurias orgánicas, deficiencia de carnitina debida a defectos en la oxidación de ácidos grasos, aminoaciduria dibásica y defectos en el metabolismo del piruvato), 10) variaciones de los procesos metabólicos normales (por ejemplo, aumento de la generación y excreción de amoníaco (NH<3>) y/o amonio (NH<4+>) después de una comida proteica), 11) cambios o desequilibrios sistémicos ácidos/bases agudos o crónicos debidos a procesos metabólicos o estados de enfermedad, y 12) cambios o desequilibrios sistémicos ácidos/bases agudos o crónicos debidos a procesos respiratorios o estados de enfermedad.

En algunas realizaciones, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden incluir un cartucho de conjunto sensor de respuesta rápida, de uso continuo, reversible y de tipo "aplicación y uso" con una composición específica de la membrana de extracción y el sensor colorimétrico.

En algunas realizaciones, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden incluir también algoritmos de procesamiento de señales basados en un diseño de sistema optoelectrónico específico con dos longitudes de onda, y mecanismos incorporados para combatir las derivas (áreas de detección y de referencia incorporadas, así como un sensor de temperatura).

Además, los sistemas y los métodos descritos en el presente documento pueden adaptarse para aplicaciones industriales, tales como para la medición del amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en aguas residuales, tales como descarga de aguas subterráneas, agua regenerada, aguas residuales industriales, aguas residuales sanitarias y agua producida a partir de pozos de petróleo y gas.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar realizaciones ejemplares de la presente divulgación. Sin embargo, debería entenderse que la presente divulgación no está limitada a las condiciones o detalles específicos descritos en estos ejemplos.

Ejemplo 1: Rendimiento en campo del dispositivo analizador

La respuesta de un dispositivo analizador construido según los sistemas y los métodos descritos en el presente documento se probó con muestras de orina humana reales en comparación con un método de electrodo selectivo de iones. Las muestras de orina se evaluaron a partir de sujetos que ingirieron 1 g de proteína/kg de peso en una sola comida (batido). Después de la comida, las muestras se analizaron después de cada hora durante varias horas. El método selectivo de iones requirió una calibración de dos puntos antes del análisis de cada muestra. Para el dispositivo analizador, se usó un único conjunto sensor para el análisis del experimento completo. Tanto el método de referencia como el conjunto sensor del dispositivo analizador proporcionaron resultados con una correlación cercana a 1, tal como se ilustra en la Fig. 8. El ejemplo ilustra que el dispositivo analizador que usa un único sensor puede funcionar de manera similar a un método de referencia que usa muestras reales de orina humana, y el ejemplo aseguró el rendimiento exitoso del sensor con su reutilización varias veces en un único día.

Ejemplo 2: Preparación del sensor

En un ejemplo, se construyó un sensor de amoníaco (NH<3>) según los sistemas y los métodos descritos en el presente documento basado en azul de bromofenol (BpB) de Sigma-Aldrich. El sensor se sintetizó sumergiendo los sustratos de sensor en una solución de BpB. A continuación, los sustratos de sensor en la solución se sometieron a agitación usando un dispositivo Scientific Industries Vortex Genie 2 durante 10 minutos y se dejaron secar durante 5 minutos a temperatura ambiente. Con el fin de probar los efectos del sustrato sobre la sensibilidad de la detección, se construyeron sensores en cinco sustratos de sensores diferentes, incluyendo fluoruro de polivinilideno (PVDF) [Tamaño de poro: 0,1 pm y porosidad: 80%] de Omnipore™, politetrafluoroetileno (PTFE)/polietileno (PE) [Tamaño de poro: de 0,2 o 0,45 pm] de Sterlitech, PTFE hidrófobo [Tamaño de poro: 10 pm] de Interstate Specialty Products, PTFE hidrófilo [Tamaño de poro: 0,1 y porosidad: 70%] de Omnipore™, y papel de filtro Whatman N° 1 [Tamaño de poro: 11 pm] Los sustratos de sensor se cortaron en una forma rectangular (2,7 cm * 1,2 cm) y se laminaron de manera que encajaran en la cámara de detección del dispositivo analizador, opcionalmente denominado analizador colorimétrico dinámico optoelectrónico (CODA). Una parte de los sensores construidos se sellaron en bolsas Mylar<TM>negras y se colocaron en el horno a 45°C durante 2 días para probar la estabilidad de su rendimiento.

Ejemplo 3: Preparación del dispositivo analizador

El dispositivo analizador, o analizador colorimétrico dinámico optoelectrónico (CODA), se construyó según los sistemas y los métodos descritos en el presente documento. El dispositivo analizador incluye un canal de flujo horizontal que pasa a través de una cámara de detección, que contiene un LED rojo en la parte superior del sensor y cuatro fotodiodos (un par de detección/referencia y un par de detección/referencia de respaldo) debajo del sensor. El gas objetivo se dirigió a la cámara de detección, donde se expuso al sensor que, a continuación, exhibió un cambio de color proporcional a la concentración de amoníaco (NH<3>) en el gas objetivo. Los fotodiodos (fabricados por Vishay Semiconductor Opto Division) se montaron en la PCB con una resistencia de 5 MQ para aumentar la sensibilidad de la señal del fotodiodo (PD), que se integró con una unidad Bluetooth, permitiendo la transmisión de la señal a un teléfono Android. Se creó una aplicación para proporcionar una interfaz de usuario para mostrar la señal leída por los PDs en el interior del intervalo de 0-3 V. El sensor contenía un área de referencia y un área de detección. Se midió que la respuesta de fondo de las áreas de referencia y de detección cuando el sensor estaba en la cámara era de aproximadamente 1,2 V. Un par de PDs leen de manera simultánea y continua la respuesta de las áreas de referencia y de detección cada 0,2 segundos.

La Fig. 9 ilustra los resultados del Ejemplo 3 y, en particular, el cambio en la señal del sensor antes y después de la exposición al amoníaco (NH<3>). La reproducibilidad de los sensores se determinó usando (a) cuatro sensores de PVDF diferentes para detectar 2 ppm de amoníaco (NH<3>) y (b) 4 sensores PTFE diferentes para detectar 40 ppm de amoníaco (NH<3>) usando el dispositivo analizador. Los cuatro sustratos diferentes muestran una respuesta de señal similar. La señal de respuesta PTFE tiene un ruido más elevado en comparación con el sustrato de PVDF.

La absorbancia se calculó en base a la Ley de Beer tomando el negativo del logaritmo de la respuesta de señal desde el área de detección (S<sens.>) dividido por la respuesta de señal desde el área de referencia (S<ref.>) como se indica a continuación en la Ecuación 1:

Los sensores de PTFE y PVDF se cortaron en una forma rectangular usando un cortador láser (Universal Laser Systems) y, a continuación, se laminaron con un laminador Fellowes Jupiter 125. Las curvas de calibración para PTFE se construyeron para un intervalo de concentración de 2 - 1000 ppm para amoníaco (NH<3>) representando gráficamente el cambio de absorbancia medido en función de la concentración conocida de la muestra.

Con el fin de garantizar que no hubiera interferencia entre las lecturas PD desde las áreas de detección y de referencia del sensor, se realizó una prueba de diafonía. En esta prueba, el área de referencia o el área de detección se enmascararon individualmente con tinta negra espesa para bloquear la luz. La medición se realizó durante 30 segundos para comprobar si la respuesta era cero para el área bloqueada y no se veía afectada para el área del sensor no bloqueada. Los resultados de la prueba de diafonía se muestran en la Tabla 1 y 2.

Tabla 1. Tabla de medición de diafonía de un sustrato de sensor de PVDF

Promedio (V) Desviación estándar (V) error (%)

Original Detección 0,30 0,002 0,75

Referencia 0,54 0,002 0,45

Detección en negro Detección 0 0 N/A

Referencia 0,46 0,003 0,7

Referencia en negro Detección 0,30 2,5*10A-4 0,08

Referencia 0 0 N/A

Tabla 2. Tabla de medición de diafonía de un sustrato de sensor de PTFE hidrófobo

Promedio (V) Desviación estándar (V) error (%)

Original Detección 1,654 0,004 0,75

Referencia 1,571 0,004 0,45

Detección en negro Detección 0 0 N/A

Referencia 1,761 0,002 0,7

Referencia en negro Detección 1,651 0,015 0,08

Referencia 0 0 N/A

Para ambos sustratos enmascarados, la prueba de diafonía muestra un cambio de señal menor (< 0,1% para el área de detección y <15% para el área de referencia), que no fue significativamente importante bajo condiciones de detección, y podría mejorarse adicionalmente creando una barrera más gruesa entre los PDs o reduciendo la distancia desde el sensor al detector.

Ejemplo 4: Instrumento optoelectrónico

Se usó un espectrofotómetro JAZ (JS) de Ocean Optics para realizar las pruebas de sensibilidad para los diferentes materiales de sensor y la medición del espectro antes y después de la exposición al amoníaco (NH<3>). La Fig. 10 presenta un esquema del dispositivo de medición JS. La fibra óptica está en la parte superior de la cámara, mientras que la fuente de luz de tungsteno está en la parte inferior de la cámara. El gas se desplaza desde el tubo izquierdo y se descarga al entorno ambiental desde el tubo derecho. Las respuestas de los sensores sintetizados con diferentes materiales después de la exposición a 10 ppm de amoníaco (NH<3>) durante 180 segundos fueron medidas por el dispositivo JS. El PVDF demostró una respuesta de absorbancia superior en comparación con los otros materiales.

El papel de filtro se cortó en una forma redonda para encajar en la cámara de detección JS. Se usó un sensor de amoníaco (NH<3>) integrado con una membrana de extracción de amoníaco (NH<3>) para la medición del espectro. En la Fig. 11 se muestra una representación esquemática del sensor y el suministro de muestras desde el fluido líquido al gas que se mide. El conjunto membrana de extracción/sensor comprendía cinco partes: 1) la capa de distribución (por ejemplo, papel de filtro), que garantizó que el fluido líquido se dispersara homogéneamente, 2) la capa de membrana alcalinizante (por ejemplo, película de PE impregnada con 40 ul de solución de NaOH 2M), que extrajo amoníaco (NH<3>) desde la muestra, 3) la membrana de politetrafluoroetileno (PTFE), que impidió que el fluido líquido alcanzara la capa indicadora, 4) la capa indicadora (papel de filtro impregnado con azul de bromotimol), que reaccionó con el amoníaco (NH<3>) extraído, y 5) la máscara que comprende una cinta, que protegió la sonda de detección. Una solución de alimentación de orina sintética (amonio (NH<4+>) con otros iones que simulan la orina: NaCl, KH<2>PO<4>, CaCl<2>, MgSO<4>) se inyectó desde la parte superior de la membrana del sensor de amoníaco (NH<3>) integrado. El dispositivo JS cuantificó el nivel de amoníaco (NH<3>) en la muestra. El mecanismo de detección de amoníaco (NH<3>) se describe adicionalmente más adelante.

El distribuidor dispersa la alimentación de la muestra de manera homogénea. La capa alcalina convierte el amonio (NH<4+>) del fluido en su base conjugada, amoníaco (NH<3>). La membrana de PTFE filtra de manera selectiva el amoníaco (NH<3>) gaseoso en base a la hidrofobicidad de la membrana. El sensor de amoníaco (NH<3>) tiene un indicador que cambia de color desde amarillo a azul en base a la cantidad de amoníaco (NH<3>) gaseoso a la que está expuesto.

Ejemplo 5: Señal de sensor optoelectrónico

Tal como se ha indicado anteriormente, se usó azul de bromofenol (BpB) como una sonda de detección colorimétrica para la detección de amoníaco (NH<3>). Una solución de BpB tiene un color amarillo/naranja cuando se expone a un nivel de pH inferior a 3 y un color azul cuando se expone a un pH superior a 4,6. El equilibrio ácido/base entre amonio (NH<4+>) (ácido) y amoníaco (NH<3>) (base conjugada) está determinado por el pH de la solución en la reacción global OH<->+ NH<4+>^ H<2>O NH<3>. El amoníaco (NH<3>) tiene una presión de vapor de 1062 kPa y un pKa de 9,25 a temperatura ambiente. Las condiciones de pH biológicamente relevantes están por debajo del pKa del equilibrio NH<4+>/NH<3>. Por ejemplo, a un pH de orina humana relativamente elevado de 8, solo el 6,6% del NH<4+>/NH<3>total está presente como NH<3>(gas). Debido a la naturaleza dinámica del pH del fluido biológico (por ejemplo, orina) y la relación variable de NH<4+>en orina a NH<3>en orina, se necesita una solución alcalina para aumentar el pH de la muestra de fluido por encima de ~10 para garantizar una conversión del 100% de NH<4+>(líquido) a NH<3>(gas). El amoníaco (NH<3>) causa que la superficie de detección se vuelva más alcalina, cambiando el valor de pH a un valor más alto y causando una transición de color de amarillo a azul. Mediante la cuantificación del cambio de color usando el dispositivo analizador (CODA), puede determinarse la concentración de amoníaco (NH<3>) correspondiente derivada a partir de la muestra.

Ejemplo 6: Preparación de la muestra de gas - Bolsas de amoníaco

Las muestras de amoníaco (NH<3>) gaseoso usadas en este trabajo se diluyeron con 100 ppm y 1000 ppm de amoníaco (NH<3>) gaseoso de calibración adquirido de Calibration Technologies, Inc. Se prepararon diluciones de muestras de gas en aire comprimido en el laboratorio a partir de 100 y 1000 ppm de gas amoníaco (NH<3>) de calibración. Estos gases de calibración se dirigieron a una bolsa de 40 l usando una bomba de gas con microdiafragma de TOPSFLO (caudal: 1,6 lpm) durante una cantidad de tiempo predeterminada. Se dirigió también aire limpio adicional al interior de la bolsa durante una cantidad de tiempo controlada hasta que la concentración de amoníaco (NH<3>) en la bolsa alcanzó el nivel deseado. La concentración objetivo de amoníaco (NH<3>) gaseoso se preparó manipulando la relación de tiempo de inyección de amoníaco (NH<3>) gaseoso a la inyección de aire (entre 0,02 - 0,8). Se preparó una bolsa de amoníaco (NH<3>) alternativa inyectando 5 pl de hidróxido de amonio (NH<4>OH) en una bolsa Tedlar™ de 1 l y se dejó a temperatura ambiente durante 30 minutos para validar la curva de calibración para los sensores.

Ejemplo 7: Preparación de la muestra de gas - Bolsas de espacio de cabeza de orina

Se acondicionó previamente una muestra de orina de prueba añadiendo 0,3 ml de NaOH 10 M a una muestra de orina de 2,7 ml, para garantizar que el pH de la muestra fuera superior a 12. La muestra de orina acondicionada previamente se añadió posteriormente a una bolsa de Tedlar™ de 4 l y se purgó con aire seco hasta que la bolsa se llenó. La bolsa Tedlar™ se dejó a temperatura ambiente durante 30 minutos para garantizar que todo el amonio (NH<4+>) en la orina reaccionara con la base y se convirtiera en su amoníaco (NH<3>) de fase conjugada en el espacio de cabeza de la orina. Los sujetos de esta parte del estudio fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Estatal de Arizona (protocolo IRB # 1012005855). Los sujetos de prueba participaron voluntariamente, proporcionando su consentimiento por escrito para participar en el estudio. Todas las pruebas para este estudio se realizaron entre Febrero de 2016 y Julio de 2017. Los sujetos bebieron "ON High Protein Gainer protein shake" a 1 g de proteína por Kg de masa corporal y orinaron periódicamente después de beber. Las muestras de orina se recogieron y se almacenaron inmediatamente en un congelador a -80°C para su posterior análisis.

Ejemplo 8: Procedimiento de detección del sensor

La sensibilidad, la reversibilidad y la reutilización de los sensores (NH<3>) de amoníaco se probaron usando un sistema de flujo de amoníaco (NH<3>), que contiene una bomba de gas con microdiafragma (caudal: 1,6 lpm), una válvula de tres vías, una bolsa de aire de 40 l, una bolsa de muestras de 40 l y la cámara de detección. Las pruebas se realizaron colocando cada vez un sensor en la cámara de detección. La válvula de tres vías se conmutó primero para conectarse con la bolsa de aire durante unos pocos segundos, de manera que el sensor pudiera purgarse en el aire antes de exponerse a la muestra durante unos pocos segundos. Con el fin de estudiar la sensibilidad del sensor para diferentes tiempos de exposición de las muestras, los tiempos de muestreo variaron, incluyendo 1, 5, 20 y 180 segundos. Después de la exposición al amoníaco (NH<3>), la válvula se conmutó para permitir que el aire seco pasara a través del sistema durante unos pocos segundos para probar la reversibilidad del sensor.

Ejemplo 9: Resultados y discusión - Elección de la longitud de onda del analizador colorimétrico dinámico optoelectrónico (CODA)

El color de la fuente de luz para el dispositivo analizador, denominado opcionalmente analizador colorimétrico dinámico optoelectrónico (CODA), se seleccionó en base a los cambios espectrales de la exposición al amoníaco (NH<3>) inducidos sobre la sonda de detección (BpB). Se colocaron sensores redondos realizados en papel de filtro impregnado con BpB en la cámara de detección del instrumento JS, y el espectro de cada sensor se registró antes y después de la exposición al amoníaco (NH<3>). La Fig.4 muestra los cambios espectrofotométricos visibles de un sensor basado en BpB, y se observan claramente aumentos significativos de la absorbancia en el intervalo de 575 - 625 nm. En base a estos resultados, el color del LED se eligió de manera que fuera rojo, longitud de onda: 610 nm. Una vez elegidos la longitud de onda de detección y el primer cribado del sustrato del sensor, el dispositivo analizador, CODA, se construyó y se usó para continuar con el resto del estudio.

Ejemplo 10: Resultados y análisis - Sensibilidad de la sonda de detección

La Tabla 3 muestra las propiedades de diferentes sustratos de detección incrustados con BpB, y la Fig. 10 resume la sensibilidad de los sustratos de detección probados en el instrumento JS después de 180 segundos de exposición a 10 ppm de amoníaco (NH<3>) gaseoso. La sensibilidad del sensor al amoníaco (NH<3>) depende fuertemente de la naturaleza del sustrato. La gráfica en la Fig. 10 muestra que el sustrato de PVDF tiene la mayor sensibilidad de medición, aproximadamente diez veces mayor que todos los demás sustratos probados. El intervalo de concentración normal de amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en la orina es típicamente superior a 6 mmol/l, lo que produce (después de una conversión completa de amonio (NH<4+>) a amoníaco (NH<3>) y la extracción de amoníaco (NH<3>) gaseoso), una concentración de amoníaco (NH<3>) gaseoso en el espacio de cabeza de la orina superior a 100 ppm a una temperatura de 25°C basada en la ley de gases ideales. La elevada sensibilidad del PVDF impide el uso del sensor múltiples veces debido a una rápida saturación del sensor en un solo uso. Por lo tanto, se exploraron las características de sensibilidad, especificidad y reversibilidad de otro sustrato, el PTFE hidrófobo, en comparación con el PVDF para la monitorización del amoníaco (NH<3>) en orina.

Tabla 3. Propiedades de diferentes materiales de sustrato para el sensor de amoníaco

*PTFE PTFE/PE-1 PTFE/PE-2 *PTFE *PVDF

Tamaño de poro (um) 10 0,2 0,45 0,1 80% 0,1 70%

Espesor (um) 177,8 152,4~254 152,4~254 30 30

*Estos materiales son relativamente más hidrófilos

Ejemplo 11: Resultados y análisis - Reproducibilidad de la respuesta del sensor

La Fig. 12 compara la respuesta de absorbancia de los sensores basados en materiales de soporte de PTFE y PVDF tal como se usa en CODA. Se realizaron cuatro sensores replicados con cada material y se colocaron en el dispositivo CODA. A continuación, los sensores se expusieron al amoníaco (NH<3>) durante 180 segundos, seguido de aire seco durante 60 segundos adicionales para determinar la recuperación. Los sensores muestran características de respuesta similares con una absorbancia creciente tras la inyección de amoníaco (NH<3>) y una absorbancia decreciente tras la purga con aire seco. El ruido de la absorbancia para los sustratos de PTFE fue mayor en comparación con el sustrato de PVDF.

La Tabla 4 resume las respuestas del sensor y el porcentaje de recuperación del sensor después de la purga, que es la relación del cambio de absorbancia durante el período de recuperación al cambio de absorbancia durante el período de exposición. Las respuestas del sensor incluyeron 0,64 u.a. con una desviación estándar de 0,02 para PVDF, y 0,58 u.a.

con una desviación estándar de 0,03 u.a. para PTFE, y una dispersión de la respuesta a través de los sustratos del sensor del 5% o menos. Es importante señalar que, aunque el PVDF tenía una reproducibilidad similar a la del PTFE, la menor concentración de amoníaco (NH<3>) requerida para la comparación (20 veces menos amoníaco (NH<3>)) concentrado produjo porcentajes de recuperación similares a los del PTFE. Las propiedades de recuperación de la respuesta del sensor usando PTFE en intervalos de concentración en un intervalo de concentración realista de amoníaco (NH<3>) derivado a partir de la orina convirtieron el PTFE en un candidato más atractivo para un estudio adicional del rendimiento analítico de este sustrato de sensor. Como consecuencia, en el resto de este trabajo se investigaron sensores de PTFE.

Tabla 4. Análisis de reproducibilidad y reversibilidad

Parámetros PVDF PTFE

N=4 Absorbancia (u.a.)1 Recuperación (%)1 Absorbancia (u.a.)2 Recuperación (%)1

Promedio 0,64 45,5% 0,58 36,2%

SD 0,02 3,4% 0,03 4,2%

Error (%) 3,1% 7,5% 5,1% 11,6%

<1>El resultado es una detección de 2 ppm de amoníaco (NH<3>) en 3 minutos.

<2>El resultado es para una detección de 40 ppm de amoníaco (NH<3>) en 3 minutos.

Ejemplo 12: Resultados y análisis - Calibración del sensor para amoníaco (NH<3>)

Tal como se ilustra en la Fig. 13, se desarrollaron dos curvas de calibración para los sensores de PTFE con el dispositivo CODA, usando tiempos de muestreo de 5 segundos con niveles de amoníaco (NH<3>) gaseoso que varían de 2 ppm a 1000 ppm. En la primera curva de calibración superior, se aplicó un modelo de Langmuir y mostró un valor R<2>superior a 0,99. Para los tiempos de muestreo de 5 segundos, la ecuación de calibración es la siguiente, donde A<L>representa la absorbancia derivada a partir del modelo de Langmuir y C representa la concentración correspondiente:

(Mud>

- 1T T T T T T Jn : (2 )

En la otra curva de calibración inferior, la curva de calibración se dividió en dos intervalos para ajustar las regresiones lineales: 2 - 150 ppm y 150 - 1000 ppm. Ambos intervalos de medición mostraron valores R2 superiores a 0,98. Las ecuaciones de calibración son las siguientes, donde A1 representa la absorbancia derivada a partir del modelo lineal de 0 - 150 ppm, A2 representa la absorbancia derivada a partir del modelo lineal de 150 - 1000 ppm y C representa la concentración correspondiente:

(M od^OOlílC+ 0,0HK7paraI) ppm <C£ 150 ppm (3)

(Mod^COUÍC0,19445para150ppm5C <1000ppm(4)

En un conjunto diferente de accesorios, se obtuvieron también regresiones lineales para los cambios de absorbancia evaluados a una exposición de amoníaco (NH<3>) de 1 segundo, y se compararon con las obtenidas a una exposición de amoníaco (NH<3>) de 5 segundos. Estas regresiones se usaron para probar una concentración de muestra desconocida, resultante de una mezcla de hidróxido de amonio (NH<4>OH) y aire en el interior de una bolsa. La Tabla 5 muestra los resultados evaluados para la muestra de concentración desconocida por el sensor, usando una exposición de muestra de 1 y 5 segundos, y las curvas de calibración correspondientes. Ambas curvas de calibración (a partir de los datos de exposición de 1 segundo y 5 segundos) produjeron la misma concentración de la bolsa de amoníaco (NH<3>) preparado de concentración desconocida, lo que indica la autoconsistencia de las calibraciones. Además, estos resultados indican la consistencia entre cada par de fotodiodos (PD1 (detección)/PD3 (referencia) mostrados como PD1 y PD2 (detección)/PD4 (referencia) mostrados como PD2) en el sistema, ya que ambos pares de fotodiodos produjeron la misma respuesta.

Tabla 5. Salida de concentración de amoníaco (NH<3>) (ppm) a partir de las calibraciones realizadas con tiempos de muestreo de 1 y 5 segundos en sensores basados en PTFE

1 seg PD11 1 seg PD22 5 seg PD13 5 seg PD24

Ejecución 1 868 875 956 932

Ejecución 2 980 1035 919 914

Ejecución 3 1018 998 1021 968

Promedio 955 970 966 938

Desv. Estand. 64 68 42 23

<1-2>Recuperado con la curva de calibración de 1 segundo a partir del Fotodiodo 1 y el Fotodiodo 2, respectivamente

<3-4>Recuperado con la curva de calibración de 5 segundos a partir del Fotodiodo 1 y el Fotodiodo 2, respectivamente

Ejemplo 13: Resultados y análisis - Selectividad del sensor al amoníaco (NH<3>)

Para confirmar que el sensor solo es selectivo para el amoníaco (NH<3>), el sensor se expuso a varios interferentes (por ejemplo, acetona, 2-butanona y cloruro de metileno) que se informó que existían en el espacio de cabeza de la orina. La Fig. 14 muestra la selectividad del sensor para amoníaco (NH<3>). Incluso con concentraciones relativamente elevadas de interferentes (por ejemplo, 100 ppm de acetona), el sensor solo mostró una respuesta significativa al amoníaco (NH<3>). Esta prueba confirmó la selectividad del sensor en el entorno hostil de la muestra de espacio de cabeza de orina.

Ejemplo 14: Resultados y análisis - Reversibilidad y capacidad de reutilización del sensor

Un ser humano adulto sano puede orinar cada 2-3 horas (8-9 veces al día). Los métodos actuales para cuantificar el amonio (NH<4+>) en la orina para la medicina clínica incluyen solicitar a un paciente que recoja toda la orina excretada durante 24 horas. No existe un método que se use clínicamente para la medición instantánea de amoníaco (NH<3>) en orina o amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) en orina. El panel superior de la Fig. 15 muestra la respuesta de absorbancia del sensor basado en PTFe a la exposición alternada a 100 ppm de amoníaco (NH<3>) y aire seco repetidamente durante 1,2 horas. El sensor se expuso de manera continua a un ciclo repetido de amoníaco (NH<3>) durante 5 segundos seguido de aire seco durante 120 segundos. El sensor se volvió a usar durante más de 60 ciclos de detección sin degradación en el rendimiento. Para una aplicación clínica práctica, podría tomarse una medición de amoníaco de 5 segundos cada 24 minutos para cubrir 24 horas de monitorización, aunque también es posible realizar pruebas de manera mucho más frecuente.

El panel inferior de la Fig. 15 muestra las concentraciones medidas a partir de la prueba continua después del análisis de la señal y el uso de las ecuaciones de calibración. Es importante señalar que el sensor requería un periodo de acondicionamiento de 5-7 exposiciones. Después de este período de acondicionamiento, la salida de concentración se mantuvo bastante constante a lo largo de las múltiples exposiciones al amoníaco (NH<3>) y los eventos de detección de la misma concentración. El error de concentración de detección fue inferior al 20% y podría mejorarse adicionalmente con un mejor confinamiento del dispositivo CODA, lo que reducirá la interferencia de la luz ambiental.

Ejemplo 15: Resultados y análisis - Estabilidad del sensor

Para probar la estabilidad del sensor de PTFE, se preparó un conjunto de sensores frescos y se usó en pruebas de amoníaco (NH<3>) inmediatamente después de la síntesis. Se preparó un conjunto idéntico de sensores, se selló en una bolsa Mylar<TM>negra y se sometió a envejecimiento en un horno de convección a 45°C durante 2 semanas. Según los protocolos de envejecimiento (ASTM F1980), el envejecimiento de 2 semanas a 45°C equivale a un envejecimiento de 2 meses a temperatura ambiente (25°C). Ambos conjuntos de sensores se expusieron a concentraciones de amoníaco (NH<3>) de 2, 10, 15 y 20 ppm. La Fig. 16 muestra la comparación de sensibilidad entre los sensores frescos y envejecidos. La Fig. 16 muestra todos los datos y una regresión lineal de los datos promediados. Se obtuvo una pendiente de 0,001 u.a./ppm y un R<2>superior a 0,99 para los datos promediados. La Fig. 16 muestra también otro conjunto de sensores frescos y envejecidos de un lote de síntesis diferente. Una prueba t entre estas respuestas a partir de las membranas de cada lote para los sensores frescos y envejecidos produjo un valor p igual a 0,87, que no indicó ninguna diferencia significativa. Estas pruebas confirmaron la estabilidad de la sonda de detección (BpB) en el sustrato de PTFE tras una exposición prolongada al calor, lo cual es relevante para la aplicación y el almacenamiento del sensor. Para los productos comerciales, la sensibilidad del sensor debe garantizarse después de períodos de exposición al calor, lo que puede ocurrir en condiciones de envío o almacenamiento reales.

Ejemplo 16: Resultados y análisis - Uso del sensor con muestras de orina

Para confirmar la viabilidad del dispositivo CODA y su uso del sensor en condiciones reales, se realizó un análisis de muestra de orina y se registraron las mediciones a partir de un lote calibrado de sensores. Un electrodo selectivo de iones (ISE) [Ammonia High Performance Ion Selective Electrode (N° 9512HPBNWP) de Thermo Fisher Scientific] se usó como un método de referencia para la detección de amoníaco (NH<3>). Primero se les pidió a los sujetos que orinaran y, a continuación, que bebieran un batido de proteínas. Las muestras de orina de los sujetos se recogieron antes y después de beber el batido en los tiempos 0, 0,5, 2,5 y 3,5 horas. Estas muestras se almacenaron a -80°C antes de la medición. A continuación, las muestras se midieron con el electrodo ISE y, a continuación, se midieron con el dispositivo CODA. El panel superior de la Fig. 17 presenta un ejemplo de las mediciones a partir de un sujeto. Un resultado similar puede encontrarse también en la literatura que usa SIFT-MS. El panel inferior de la Fig. 17 muestra una gráfica de correlación de los resultados evaluados a partir de los métodos CODA e ISE. Se encontró una buena concordancia entre la medición con CODA y con el electrodo ISE con una precisión cercana al 100%.

Ejemplo 17: Resultados y análisis - Uso del sensor con muestras de orina como inserto en un pañal o un parche adhesivo o una tarjeta

Tal como se ilustra en la Fig. 18, en algunas realizaciones, el sensor descrito en el presente documento puede usarse en forma de un inserto para un pañal o un una tela que puede llevarse puesta. El uso del sensor con una membrana de extracción puede implementarse en forma de un inserto para un pañal o una tela o un dispositivo que pueden llevarse puestos (por ejemplo, pulsera) o un parche adhesivo para la piel, o una tarjeta (por ejemplo, credencial) para pruebas in vitro. Bajo estas condiciones, la cuantificación de la reacción del sensor (es decir, el cambio de color) debida al amoníaco total (amoníaco (NH<3>) y amonio (NH<4+>)) y/o amonio (NH<4+>) en el fluido corporal que se detecta como amoníaco (NH<3>) puede realizarse con cualquier método capaz de detectar pequeños cambios de color, tal como con el software de deconvolución RGB.

Ejemplo 18: Resultados y análisis - Uso del sensor con muestras continuas

La Fig. 19 muestra los componentes de un dispositivo CODA ejemplar. En algunas realizaciones, el sensor descrito en el presente documento puede usarse para una monitorización continua de amoníaco a partir de muestras biológicas, mientras se inserta en un dispositivo capaz de gestionar los líquidos de la muestra y los gases del proceso de extracción en el sensor, así como para regenerar la superficie del sensor (sonda de detección) con una fuente limpia de aire, tal como desde un depurador.

Ejemplo 19: Resultados y análisis - Membrana de extracción del sensor y uso continuo para la cuantificación de muestras

Tal como se ilustra en las Figs. 20a-20o, los modelos de membrana de extracción del sensor pueden construirse para optimizar las geometrías, el diseño químico/físico y la vida útil. En esta línea, pueden utilizarse modelos con una membrana de extracción que convierte químicamente NH<4+>en NH<3>mediante un material alcalino o material alcalino de generación electroquímica para convertir NH<4+>en NH<3>, o convertir electroquímicamente de manera directa NH<4+>en NH<3>. En base al modelo, se concluye que la concentración del NH<4+>entrante no afecta al perfil de concentración de la fuente de material alcalino (por ejemplo, sitios de hidróxido (OH-) estacionario) cuando el intervalo de concentración de NH<4+>es 3,6 - 100,0 mM, que es típicamente la concentración encontrada en muestras de orina. En otras palabras, la concentración de material alcalino en la membrana de extracción química se ve afectada principalmente por la velocidad de entrada, que es un parámetro modelado como variable de las condiciones de límite (por ejemplo, velocidad u<o>de entrada). Además, el modelo permite conocer el número de veces que la membrana de extracción química puede usarse consecutivamente antes de agotar el material químico alcalino (OH-). Las realizaciones, tales como el dispositivo CODA ilustrado en la Fig. 19, pueden modelarse asumiendo que el sensor tiene una fuente de material alcalino que se agotará después de cada uso. Las Figs.

20a-20o muestran también cómo pueden probarse diferentes variables en la membrana de extracción. Estas variables incluyen la porosidad, las condiciones de contorno, la concentración inicial de (NH<4+>) de las muestras y la geometría. Pueden analizarse todas las variables, lo que permite determinar cómo afectan al perfil de concentración de material alcalino de la membrana de extracción.

Como ejemplo, las Figs. 21a y 21b muestran el resultado del modelo del perfil de concentración de sección transversal del material alcalino en una membrana de extracción química, después del primer ciclo (mostrado en la Fig. 21a) y después del 20° ciclo (mostrado en la Fig. 21 b).

Además, otros aspectos de diseño de la membrana de extracción son importantes. Uno de ellos es la eliminación de posibles fugas de amoníaco. Según la práctica y las simulaciones, las trayectorias de líquido múltiples pero estrechas y la menor área expuesta a las interfaces líquido/aire minimizan las fugas de gas amoníaco desde la membrana. Además, la modificación adicional de la membrana de extracción con agentes potenciales para quelar grupos amina, elimina la interferencia desde la descomposición no enzimática de moléculas de grupos amina primarias que pueden hacer que el amoníaco no esté presente originalmente en la muestra y, por lo tanto, no sea fisiológicamente relevante. Esta modificación elimina los problemas de sobreestimación del amoníaco (Fig.22a), que se conoce que es un problema bajo las condiciones de prueba del estado de la técnica (Fig. 23). De hecho, las combinaciones de todos los factores indicados anteriormente, hacen que una membrana de extracción tenga una alta especificidad, tal como se muestra en las Figs. 22a y 22b.

Las Figs. 20a-20o muestran ejemplos de cómo diferentes variables: porosidad, condiciones límite, concentración inicial de NH<4+>en la muestra y geometría afectan al perfil de concentración del material alcalino en la membrana de extracción. La concentración de NH<4+>, la velocidad de entrada y la porosidad se establecieron a valores de 37,8 mM, 0,05 m s<-1>y 0,34, respectivamente. El resultado mostrado aquí es el perfil de concentración para la 1a (Fig. 20a), la 10a (Fig. 20b) y la 20a (Fig. 20C) medición. La concentración de NH<4+>y la velocidad de entrada se establecieron a valores de 37,8 mM y 0,05 m s<-1>respectivamente. El resultado mostrado aquí es la 20a medición con porosidad de: (Fig. 20D) 0,34, (Fig. 20e) 0,66 y (Fig.20f) 0,90. La concentración de NH<4+>y la porosidad se establecen a valores de 37,8 mM y 0,34. El resultado mostrado aquí es la 20a medición con velocidad de entrada de: (Fig. 20g) 0,0035 m s<-1>, (Fig. 20h) 0,05 m s<-1>y (Fig. 20i) 0,5 m s<-1>. La velocidad de entrada de la muestra y la porosidad se establecieron a los valores de 0,05 m s<-1>y 0,34, respectivamente. El resultado mostrado aquí es la 20a medición con concentraciones de NH<4+>de: (Fig. 20j) 37,8 mM, (Fig. 20k) 100,0 mM y (Fig. 20i) 3780,0 mM. La concentración de NH<4+>y la porosidad se establecieron a los valores de 37,8 mM y 0,34, respectivamente. El resultado muestra el perfil de concentración y cómo el hidróxido (OH-) se agota con la configuración de: (Fig. 20m) 3 cm de longitud y 2,5 cm de diámetro, (Fig. 20n) 1,5 cm de longitud y 2,5 cm de diámetro, y (Fig. 20o) 1,5 cm de longitud y 2,0 cm de diámetro.

Las Figs.22a y 22b ilustran el rendimiento analítico de la membrana de extracción y el sensor global para fluidos corporales complejos. En la Fig. 22a, el fluido se trató con un material quelante de iones de cobre; estos iones de cobre se quelan (unen) con los grupos amina de los aminoácidos y los residuos de amina primaria en otras moléculas, previniendo de esta manera su degradación enzimática y no enzimática (cuya degradación de estas moléculas produce niveles de amoníaco falsamente aumentados). La Fig. 22b) muestra la selectividad global de la membrana de extracción en el sensor para sangre completa con amoníaco 170uM (como amonio). La Fig. 22b) muestra que la membrana de extracción y el sensor tienen una respuesta insignificante a las concentraciones máximas conocidas de otros componentes sanguíneos: 5.000 mg/dl de albúmina, 3 mg/dl de ácido ascórbico, 5 mg/dl de creatinina, 2656 mg/dl de glucosa, 370 mg/dl, iones de potasio (5 mM), 228 mg/dl de iones de sodio (3,9 mM), 1.000 mg/dl de fosfato, 107 mg/dl de urea y 6,8 mg/dl de ácido úrico.

La Fig.23 muestra la respuesta de un método enzimático de referencia (Roche Cobas®) aplicado al plasma tomado desde el cuerpo, plasma enriquecido 1 (enriquecido con glutamina), plasma enriquecido 2 (con aminoácidos glutamina, l-arginina, l-asparagina y creatinina, productos del metabolismo del amoníaco - de la urea añadidos). Las concentraciones de agentes de adición varían de los niveles de 10-100s pM, que simulan los niveles fisiológicamente esperados. Esto demuestra que los métodos enzimáticos se ven confundidos por la desaminación no enzimática, espontánea, de los aminoácidos, lo que resulta en una lectura de amoníaco excesivamente elevada.

Ejemplo 20: Resultados y análisis - Uso del sensor con calibración libre para la cuantificación de amoníaco

Pueden crearse algoritmos inteligentes basados en la sensibilidad cuantificada del sensor genérico y pueden usarse como medio para evitar la calibración del sensor (cada vez antes del uso del sensor o del dispositivo y sensor usados). Los algoritmos inteligentes se alimentan con comportamientos físicos/químicos, tales como la sensibilidad del sensor para diferentes condiciones de trabajo iniciales del sensor, tales como la señal (V) inicial antes de la detección del analito. La Fig. 24 muestra una demostración de sensibilidad cuantificable de sensores genéricos que permiten estrategias sin calibración para la cuantificación de amoníaco.

La Fig.24 ilustra la relación entre la señal inicial medida desde el área de detección de diferentes sensores con la pendiente de las curvas de calibración correspondientes del sensor que varían de 3,6 mM a 18,6 mM. La relación entre estas dos variables es lineal con el coeficiente de regresión R<2>= 0,88. Esta relación lineal puede ayudar a crear el algoritmo inteligente sin calibración para la cuantificación del amoníaco.

Ejemplo 21: Resultados y análisis - Uso del sensor para la cuantificación continua de amoníaco con alta precisión

La Fig. 25 muestra una medición continua de 37,6 mM a 3,6 mM de NH<4+>, que coincide con la concentración real de amoníaco con errores menores que <15%. Tal como se ilustra en la Fig. 25, las aplicaciones descritas anteriormente pueden conducir a una cuantificación continua exitosa del amoníaco con pequeñas diferencias entre el valor de amoníaco medido por el sensor basado en la presente solicitud y la concentración de amoníaco real. La "Velocidad" es un parámetro definido para el dispositivo CODA usado para cuantificar la concentración de NH<4+>.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para detectar el amoníaco total en un fluido corporal ex vivo, en el que el sistema comprende un dispositivo (100) analizador configurado para estar en comunicación de fluido con una muestra del fluido corporal, en el que el dispositivo (100) analizador es adecuado para cuantificar la cantidad de amonio (NH<4+>) en dicha muestra de fluido corporal, en el que dicho dispositivo analizador comprende:

una cámara de detección de gas;

una membrana (104) de extracción situada entre: (i) un área adecuada para estar en comunicación de fluido con el fluido corporal y (ii) la cámara de detección de gas, en el que la membrana (104) de extracción está configurada para: (a) extraer y convertir química o electroquímicamente al menos una parte del amonio (NH<4+>) contenido en el interior del fluido corporal en amoníaco (NH<3>) gaseoso, (b) eliminar las interferencias y (c) disipar el amoníaco (NH<3>) gaseoso convertido a la cámara de detección de gas: y

un sensor de amoníaco (NH<3>) situado en el interior de la cámara de detección de gas, en el que el sensor de amoníaco comprende un procesador con una memoria no transitoria que almacena instrucciones que, cuando se ejecutan, causan que el procesador cuantifique una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas con relación al amoníaco total en el fluido corporal, en el que el amoníaco total es una suma del amoníaco (NH<3>) y del amonio (NH<4+>),

en el que el dispositivo (100) analizador detecta, en base a la cantidad cuantificada de amoníaco presente en la cámara de detección de gas, al menos uno de entre: función orgánica alterada, función tisular alterada y estado metabólico alterado.

2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo (102) de interfaz de usuario configurado para recibir al menos una transmisión desde el dispositivo (100) analizador, en el que el dispositivo (102) de interfaz de usuario comprende además una pantalla que incluye una interfaz gráfica de usuario, en el que la interfaz gráfica de usuario está configurada para mostrar la salida desde el dispositivo (100) analizador, opcionalmente en el que el sensor de amoníaco (NH<3>) está configurado además para al menos uno de entre:

transmitir al dispositivo (102) de interfaz de usuario, la cantidad cuantificada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas, e

identificar cambios relativos en la cantidad cuantificada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas a lo largo del tiempo.

3. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la membrana (104) de extracción comprende, además:

una capa distribuidora configurada para distribuir la muestra de fluido corporal a lo largo de la membrana (104) de extracción;

una capa alcalina configurada para convertir al menos la parte del amonio (NH<4+>) en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>); y

una capa hidrófoba configurada para filtrar el amoníaco (NH<3>) convertido a partir de la muestra de fluido corporal y disipar el amoníaco (NH<3>) convertido a la cámara de detección de gas.

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sensor de amoníaco (NH<3>) comprende además una capa indicadora configurada sobre un sustrato hidrófobo o hidrófilo para cambiar de color de manera reversible o irreversible, respectivamente, en respuesta a una cantidad de amonio (NH<4+>) convertida en amoníaco (NH<3>), opcionalmente en el que el sensor de amoníaco (NH<3>) comprende, además:

al menos un fotodiodo configurado para medir los cambios de absorbancia de la capa indicadora; y

al menos un diodo emisor de luz configurado para iluminar la capa indicadora.

5. Sistema según la reivindicación 4, en el que el al menos un diodo emisor de luz emite luz a la longitud de onda de absorción máxima de la capa indicadora, y otro de los al menos un diodo emisor de luz emite luz a la longitud de onda de absorción mínima de la capa indicadora.

6. Sistema según la reivindicación 4, en el que el al menos un fotodiodo comprende, además:

un primer fotodiodo que comprende un primer fotodiodo de detección; y

un segundo fotodiodo que comprende un primer fotodiodo de referencia, opcionalmente en el que el al menos un fotodiodo comprende, además:

un tercer fotodiodo que comprende un segundo fotodiodo de detección; y

un cuarto fotodiodo que comprende un segundo fotodiodo de referencia.

7. Sistema según la reivindicación 1, en el que el sensor de amoníaco (NH<3>) comprende además un mecanismo de saturación de señal y prevención de deriva, opcionalmente en el que el mecanismo de saturación de señal y prevención de deriva comprende además un sistema de válvulas accionado de manera microcontrolada para el sistema de acondicionamiento y de suministro de muestras que tiene al menos una de una válvula configurada para controlar el volumen de fluido corporal en contacto con el dispositivo (100) analizador y una válvula configurada para controlar el suministro de fluido corporal, gas en el espacio de cabeza y gas desde un canal de puesta a cero.

8. Método ex vivo para detectar el amoníaco total en un fluido corporal, comprendiendo el método:

recibir, en un dispositivo (100) analizador, una muestra del fluido corporal;

convertir, mediante una membrana (104) de extracción situada entre un área en comunicación de fluido con la muestra de fluido corporal y una cámara de detección de gas del dispositivo (100) analizador, al menos una parte de amonio (NH<4+>) contenida en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>) gaseoso;

disipar, mediante la membrana (104) de extracción, el amoníaco (NH<3>) gaseoso convertido a la cámara de detección de gas;

determinar, mediante un sensor de amoníaco (NH<3>) situado en el interior de la cámara de detección, una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas; y

detectar al menos una de entre: una función tisular alterada, una función orgánica alterada y una función metabólica alterada, en respuesta a si:

la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas pasa un umbral en una dirección indicada,

la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas está fuera de un intervalo esperado, o

la cantidad determinada de amoníaco (NH<3>) es un cambio anómalo de una cantidad determinada previamente de amoníaco (NH<3>) en la cámara de detección de gas.

9. Método según la reivindicación 8, en el que la conversión de la al menos una parte de amonio (NH<4+>) contenida en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>) comprende, además:

distribuir, mediante una capa distribuidora de la membrana (104) de extracción, la muestra de fluido corporal a lo largo de la membrana (104) de extracción;

convertir, mediante una capa alcalina de la membrana (104) de extracción, al menos la parte del amonio (NH<4+>) en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>); y

filtrar y disipar, mediante una capa hidrófoba de la membrana (104) de extracción, el amoníaco (NH<3>) convertido desde la muestra de fluido corporal a la cámara de detección de gas.

10. Método según la reivindicación 8, en el que la conversión de la al menos una parte de amonio (NH<4+>) contenida en el interior de la muestra de fluido corporal en amoníaco (NH<3>) comprende, además:

inducir un cambio de color en una capa indicadora de la membrana (104) de extracción, en el que el cambio de color responde a una cantidad de amonio (NH<4+>) convertida en amoníaco (NH<3>), opcionalmente en el que la determinación de la cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección de gas comprende, además:

iluminar, mediante al menos un diodo emisor de luz, la capa indicadora;

medir, mediante al menos un fotodiodo, un cambio de absorbancia en la capa indicadora; y

convertir el cambio de absorbancia medido en la capa indicadora a una cantidad de amoníaco (NH<3>) presente en la cámara de detección comparando el cambio de absorbancia medido con uno o más valores de referencia que indican una relación entre la absorbancia y la concentración de amoníaco (NH<3>).

11. Método según la reivindicación 10, en el que la capa indicadora comprende además azul de bromofenol o un indicador de pH basado en plantas.

12. Método según la reivindicación 10, en el que el al menos un diodo emisor de luz emite luz roja, opcionalmente en el que el al menos un fotodiodo comprende un fotodiodo de detección y un fotodiodo de referencia.

13. Método ex vivo para determinar la función renal que comprende:

detectar un nivel de amoníaco (NH<3>) en una muestra objeto en un primer dispositivo (100) analizador según la reivindicación 1;

transmitir el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) desde el primer dispositivo (100) analizador a un segundo dispositivo (102) de interfaz de usuario; y

correlacionar el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) en una muestra objetivo con un diagnóstico de función renal alterada en el segundo dispositivo (102) de interfaz de usuario,

en el que la correlación tiene en cuenta el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) en una muestra objetivo en comparación con al menos uno de entre el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) en un sujeto normal, un nivel esperado de amoníaco (NH<3>) en la muestra objetivo y el nivel detectado de amoníaco (NH<3>) en al menos una muestra previa del mismo sujeto.

14. Método según la reivindicación 13, en el que la función renal alterada detectada proporciona información de diagnóstico o de monitorización relacionada con al menos uno de entre cambios en la función renal, lesión o insuficiencia renal aguda, enfermedad renal crónica, cambios en la función hepática, lesión o insuficiencia hepática aguda, enfermedad hepática crónica (por ejemplo, cirrosis), hemorragia gastrointestinal aguda, hemorragia gastrointestinal crónica, enfermedades metabólicas genéticas o hereditarias que implican o afectan a aspectos de la fisiología del amoníaco, incluyendo su generación, manipulación y/o excreción (por ejemplo, trastornos del ciclo de la urea, acidurias orgánicas, deficiencia de carnitina debida a defectos en la oxidación de ácidos grasos, aminoaciduria dibásica y defectos en el metabolismo del piruvato), variaciones de los procesos metabólicos normales, cambios o desequilibrios ácidos/bases sistémicos agudos o crónicos debidos a procesos metabólicos o estados de enfermedad, cambios o desequilibrios ácidos/bases sistémicos agudos o crónicos debidos a procesos respiratorios o estados de enfermedad, volumen circulante efectivo alterado, flujo sanguíneo renal alterado y flujo plasmático renal.

15. Método según la reivindicación 13, en el que la muestra es un fluido corporal, opcionalmente en el que el fluido corporal es sangre entera, plasma sanguíneo, suero sanguíneo, fluido intracelular, fluido intercelular, fluido intersticial, fluido linfático (linfa), sudor, orina, fluido pleural, fluido pericárdico, fluido peritoneal, fluido biliar (bilis), heces, fluido cerebroespinal, fluido sinovial, saliva, esputo, fluido nasal o fluido ocular.