Análisis termográfico del proceso de evaporación en soluciones de tensoactivos: hacia nuevas técnicas no invasivas para la caracterización de materiales biológicos

Abstract

Proposing new diagnostic techniques for use in humans, requires the commitment to follow approved intervention protocols supervised by bioethics committees, as well as collaboration between medical specialists and domain experts. When a technique in its early stages does not require direct intervention in humans, animal or representative systems models are typically employed to approximate the organ or physiological system of interest. Once viability is established, and risks and side effects are understood within a well-structured protocol, validation in humans becomes possible. This study aims to understand the physiology of the human tear film by simulating and modeling its functionality under normal conditions and pursuing diagnostic strategies for dry eye disease through controlled modifications of the lipid layer structure. To this end, we designed and built an experimental setup comprising an embedded system for temperature control of a custom base that holds surfactant samples selected to mimic the lipid layer properties of the tear film. Surfactant samples were prepared at different concentrations, and evaporation dynamics were investigated via infrared image sequences. This enabled the measurement of energetic properties of aqueous sodium dodecyl sulfate (SDS) solutions both in bulk and as thin films, allowing us to extract relationships between solution concentration and emitted energy. Our results lead us to a better understanding of the thickness, distribution, and lipids (tensoactives) accumulation influence on the energy emission. These findings support the potential of thermographic analysis as a noninvasive diagnostic tool and establish a precedent for near-term validation of the technique in human subjects.

Proponer nuevas técnicas de diagnóstico, para aplicarse en personas, implica el compromiso de seguir protocolos de intervención autorizados y vigilados por comités de bioética y contar con el apoyo de equipos de especialistas médicos colaborando con especialistas en el área de estudio. Cuando la técnica propuesta, en etapas iniciales, no requiere necesariamente de la intervención en personas, se opta por usar animales o sistemas que modelen el órgano o sistema del cuerpo que se desea estudiar. Una vez que se valida su pertinencia y se conocen sus riesgos y efectos secundarios; y se tiene un protocolo bien estructurado, entonces es posible su validación en personas. Con el presente estudio se buscó entender la fisiología de la película lagrimal del ojo humano, simulando y modelando su funcionalidad bajo condiciones normales y buscando entender cómo diagnosticar la condición de ojo seco bajo la modificación de la estructura de la capa de lípidos. Para ello se diseñó, implementó y armó un arreglo experimental, que consta de un sistema embebido para el control de temperatura de una base diseñada especialmente para colocar muestras de tensoactivos, que se eligieron con base en las propiedades de la capa de lípidos de la película lagrimal. Las muestras de tensoactivos fueron preparadas bajo diferentes concentraciones y se estudió la dinámica de evaporación por medio de la adquisición de secuencias de imágenes de infrarrojo, para la medición de propiedades energéticas de soluciones acuosas de dodecil sulfato de sodio (SDS) en bulto y como películas delgadas, pudiendo extraer relaciones entre la concentración de la solución estudiada y la energía emitida por esta. Con ello se entendió cómo la emisión de energía es afectada por el grosor, distribución y acumulación por zona de los lípidos (tensoactivos), esto permite que en un futuro cercano se pueda validar la técnica de análisis por termografía en personas.