Desarrollo de un sistema automatizado (hardware, instrumentación electrónica y fotónica y software) para la inducción, el monitoreo y estudio del fenómeno de la fotobiomodulación a partir de cultivos celulares o microbianos en medio líquido

La concepción y desarrollo preliminar de un sistema y dispositivo de bajo costo para el estudio de la fotobiomodulación, se inició a mediados de 2021, con la idea de automatizar parcialmente el procedimiento seguido para el control, la vigilancia y toma de datos durante el proceso experimental para el estudio de la fotobiomodulación. Brevemente, este proceso se lleva a cabo en tres distintos momentos o etapas fundamentales: cultivo de microorganismos bajo condiciones ambientales controladas (microbiología), proceso de suministro de una dosis de radiación láser a una cierta longitud de onda (irradiación) y seguimiento de la evolución del crecimiento microbiano subsecuente bajo condiciones ambientales controladas (medición de la absorbancia entre otras). Dada la naturaleza manual y prolongada de este proceso, surgen diversidad de problemas que se expresan en un mayor margen de incertidumbre y error en los resultados observados al realizar el análisis subsecuente de datos del estudio. Por ello, surgió la necesidad de concebir y crear un dispositivo que automatice buena parte de todo este proceso, disminuyendo de paso el tiempo para la planeación, desarrollo del mismo y ampliando el espectro de ensayos experimentales por evaluar. El sistema de bajo costo propuesto para esta prueba de concepto debe someterse a varias fases de desarrollo, que incluyen los prototipos de baja, media y alta resolución en los distintos subsistemas. Esto permitirá evaluar y mejorar su concepción y funcionalidad practica previo a una unificación e implementación definitiva. El desarrollo del dispositivo de bajo costo propuesto se puede separar en tres grandes subsistemas: mecánico-electrónico, óptico-fotónico y de software. La propuesta general es crear el entorno funcional para automatizar este tipo de estudios que eventualmente puede evolucionar para albergar otro tipo de estudios analíticos de interés químico, de microbiología, biología celular, biología molecular y biomédica. Los estudios del crecimiento de microrganismos a nivel de crecimiento poblacional requieren de abordar diversos aspectos técnicos y biológicas con el fin de que estos puedan llevarse a cabo eficazmente, pues al realizar dichos estudios es inevitable el influjo de múltiples factores que afectan la calidad en la obtención o recopilación de datos con mínima varianza (condiciones de reproducibilidad) con respecto a la cuantificación de su tasa crecimiento y otros aspectos de interés biológico. Los factores en cuestión suelen ser medio ambientales, entre los que se incluye las variaciones en la temperatura, la exposición a la luz ambiente y a los factores físicos y químicos presentes en el entorno, la atmósfera y desde luego, la inocuidad del ambiente circundante. Por consiguiente, se tiene un cultivo de microorganismos específico dispuesto en el interior de una incubadora controlada en distintos aspectos. Lo que se busca es, mediante la toma de datos del cultivo de bacterias, obtener curvas de crecimiento para luego analizarlas comparativamente respecto a muestras de control. Sin embargo, existe un inconveniente y es que, para registrar los datos de este crecimiento, las muestras deben ser sacadas de la incubadora cada cierto tiempo y como la temperatura de incubación es muy distinta a la del ambiente exterior este factor entorpece el registro óptimo de datos y por ende afecta al análisis y a los resultados obtenidos. Vale la pena mencionar aquí que un estudio mínimo ideal debe disponer de una duración no menor de 8 horas, así que, en el transcurso de ese tiempo el personal encargado del estudio microbiológico deberá estar manipulando (sacando y metiendo la muestras) cada cierto número de minutos, proceso que finalmente representa un esfuerzo en personal e incrementa la incidencia de la variabilidad entre las múltiples tomas de datos requeridas (condiciones de reproducibilidad) acorde al diseño experimental propuesto . Teniendo en cuenta lo anterior, el sistema a desarrollar debe contar con una base giratoria que permita realizar la irradiación y el muestreo al interior del ambiente controlado en la incubadora, contar con un mecanismo paso a paso a fin de medir las diversas muestras, almacenar y/o transmitir los datos tomados para realizar un despliegue preliminar del crecimiento de microorganismos que es estándar en la fotobiomodulación. En 2022, se completó exitosamente el diseño y desarrollo del primer subsistema mecánico-electrónico y del tercer subsistema de software, gracias a la implementación de distintas fases de prototipado. Este proceso culminó con un prototipo de alta resolución completamente funcional. Posteriormente, a finales del segundo semestre de 2022 y comienzos del primer semestre de 2023, se dio inició con el diseño y concepción del segundo subsistema, el sistema óptico fotónico, siguiendo los mismos lineamientos y metodologías previamente empleadas. Al revisar los diversos niveles de maduración (TRL) se puede evaluar que el estado actual del desarrollo es tal que se tiene una idea clara con principios básicos y gran valor potencial, la base teórica y técnicas de solución a la propuesta, estos procesos ya culminaron, justo ahora el desarrollo se encuentra pendiente de realizar validaciones y pruebas experimentales cualitativas y cuantitativas evidenciando los primeros prototipos de alta resolución del los subsistemas mecánico – electrónico y de software habiendo logrando un nivel de maduración de TRL-3. El objetivo para la aplicación a esta convocatoria es avanzar con el desarrollo y obtener un prototipo adaptable de alta resolución, que pueda integrarse con el prototipo de sistema actual de una forma modular y eficiente y de este modo alcanzar el nivel TRL-5, llegado a alcanzar el siguiente nivel sería superar los objetivos.