· para ello se propone un proyecto de investigación coordinado y multidisciplinar, en el que...

DESARROLLO DE

FILTROS ELECTROCRÓMICOS

PARA APLICACIONES EN LA

REHABILITACIÓN VISUAL

Coco Martín, Rosa M, et al.

DESARROLLO DE

FILTROS ELECTROCRÓMICOS

PARA APLICACIONES EN LA

REHABILITACIÓN VISUAL

Primera edición digital

Octubre, 2013

Lima - Perú

©Coco Martín, Rosa M, et al.

ROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0676

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster731 2457 - 999 921 348Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• E l pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos

de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

ESTUDIOS DE I+D+I Número 40

Desarrollo de filtros electrocrómicos para aplicaciones en la rehabilitación visual

Autor: Coco Martín, Rosa M, et al. Filiación: Universidad de Valladolid, Instituto de Oftalmobiología Aplicada Contacto: Convocatoria: 2006

Para citar este documento:

COCO MARTÍN, Rosa M, et al. (2006). “Desarrollo de filtros electrocrómicos para aplicaciones en la rehabilitación visual”. Madrid, IMSERSO, Estudios I+D+I, nº 40. [Fecha de publicación: 01/08/2007]. <http://www.imsersomayores.csic.es/documentos/documentos/imserso-estudiosidi-40.pdf>

1

Portal Mayores | http://www.imsersomayores.csic.es

Resumen

El objetivo del presente proyecto consiste en desarrollar y caracterizar materiales electrocrómicos para la creación de filtros de absorción selectiva capaces de variar sus propiedades físicas en tiempos del orden de segundos en función de la iluminación ambiental y realizar así dispositivos utilizables en la rehabilitación visual, que puedan mejorar la calidad de vida de los pacientes con Baja Visión.

Para ello se propone un proyecto de investigación coordinado y multidisciplinar, en el que cada centro participante asumirá sus propias tareas: el Centro de Tecnologías Electroquímicas (CIDETEC), se encargará del desarrollo de materiales electrocrómicos que cumplan las especificaciones ópticas y físicas marcadas por el grupo del Instituto de Oftalmobiología Aplicada de la Universidad de Valladolid (IOBA), tratando de emular las características de los filtros más prescritos en la práctica clínica diaria. La caracterización y estudio óptico de los filtros correrá a cargo del Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas de la Universidad Carlos III de Madrid, garantizando una calidad suficiente como para ser utilizados como lentes oftálmicas, comprobando la transmitancia correcta de dichos filtros. Este último grupo desarrollará asimismo los dispositivos electrónicos que se usarán como controladores de los filtros. El Instituto IOBA entrará de nuevo en la fase final del proyecto para evaluar la eficacia de dichos dispositivos en pacientes con Baja Visión. Los pacientes formarán parte de todo el proceso, ya que se prevé un estudio inicial de sus necesidades, su inclusión en el proceso de elaboración del prototipo y el estudio final de viabilidad.

MEMORIA JUSTIFICATIVA DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

CIENTÍFICA, DESARROLLO EINNOVACIÓN TECNOLÓGICA:

“Desarrollo de Filtros Electrocrómicos para aplicaciones en la Rehabilitación Visual.”

Proyecto 61/05

a) Coordinador e Investigador Principal Subproyecto 1: Rosa M Coco Martín

Investigador Principal Subproyecto 2: Cristina Pozo

Investigador Principal Subproyecto 3: Ricardo Vergaz Benito

EQUIPO INVESTIGADOR DEL IOBA (Instituto de Oftalmobiología Aplicada) de la Universidad de Valladolid

Investigador principal: Rosa M. Coco Martín DNI: 09292163W Año de nacimiento: 1966 Titulación: Medicina y Cirugía Grado: Doctor Personal de Plantilla Centro: IOBA

Apellidos y nombre: Rubén Cuadrado Martín DNI: 12400280Z Año de nacimiento: 1977 Titulación: Optico Optometrista Grado: Diplomado Personal de Plantilla Centro: IOBA

Apellidos y nombre: Begoña Coco Martín DNI: 12394921 -Z Año de nacimiento: 1975 Titulación: Técnico de Rehabilitación Grado: Licenciado Personal de Plantilla Centro: IOBA

Apellidos y nombre: José Alberto Lázaro Yagüe DNI: 16812348S Año de nacimiento: 1984 Titulación: Optico Optometrista Grado: Diplomado Becario Centro: IOBA

EQUIPO INVESTIGADOR CIDETEC

Investigador principal: Ana Cristina Pozo Gonzalo DNI: 72785408-E Año de nacimiento: 1973 Titulación: Química Grado: Doctor Firma: Centro: CIDETEC

Apellidos y nombre: Pedro María Carrasco DNI: 44170245-X Año de nacimiento: 1978 Titulación: Químico Grado: Licenciado Firma : Centro: CIDETEC

Apellidos y nombre: José Adolfo Pomposo Alonso DNI: 15979997-B Año de nacimiento: 1965 Titulación: Químico Grado: Doctor Firma: Centro: CIDETEC

EQUIPO INVESTIGADOR EN LA UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID

Miembros del Grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas (GDAF) del Departamento de Tecnología Electrónica. En adelante, se referirá al grupo como UCIII-GDAF.

Investigador Principal del Proyecto:

Apellidos y nombre: Vergaz Benito, Ricardo DNI: 12389649D Año de nacimiento: 1972 Titulación: Ciencias Físicas. Ingeniería en Electrónica. Grado: Doctor (Cc. Físicas) Centro: Universidad Carlos III de Madrid

Participantes:

Apellidos y nombre: Torres Zafra, Juan Carlos DNI: 33457923F Año de nacimiento: 1975 Titulación: Ingeniero Industrial Grado: Ingeniero Centro: Universidad Carlos III de Madrid

Apellidos y nombre: Barrios Puerto, David DNI: 44355409R Año de nacimiento: 1976 Titulación: Ingeniero Industrial Grado: Ingeniero (Becario) Centro: Universidad Carlos III de Madrid

Apellidos y nombre: Urruchi del Pozo, Virginia DNI: 24268544W Año de nacimiento: 1972 Titulación: Ingeniería de Telecomunicaciones Grado: Doctor Centro: Universidad Carlos III de Madrid

Apellidos y nombre: Sánchez Pena, José Manuel DNI: 33850739Y Año de nacimiento: 1962 Titulación: Ingeniería de Telecomunicaciones Grado: Doctor (tiempo parcial) Centro: Universidad Carlos III de Madrid

b) TÍTULO DEL PROYECTO: Desarrollo de Filtros Electrocrómicos para aplicaciones en la Rehabilitación Visual.

ACRÓNIMO O LEMA: DECOF

c) PERIODO DE EJECUCIÓN: Octubre 2005 – Diciembre 2006.

d) RESUMEN ECONÓMICO:

Código: Año inicio: 2006 Responsable: Rosa Coco Martín IOBA

DECOF: Desarrollo de Filtros Electrónicos para Aplicaciones en la Rehabilitación Visual

Programa: Código externo: Moneda: Euros

Cliente: MINISTERIO DE TRABAJO Y ASUNTOS SOCIALES IMSERSO

Fecha resol./firma: 03/10/05 Fecha inicio: 01/01/06

FUNDACIÓN GENERAL UNIVERSIDAD DE VALLADOLID (IOBA)

INGRESOS PRESUPUESTADOS (incluidos costes indirectos): Año Importe 2006 23.000,00 Total 23.000,00

GASTOS REALES HASTA LA FECHA (incluidos costes indirectos): 24.213,34 €

GASTOS Tipo Importe

Inventariable 12.831,91 Fungible 3.229,44 Servicios 104,12 Contratac. laboral de personal 0,00 Becas 4.200,00 Dietas y viajes 227,94 Otros 1283,92 Retribución particip. Externo 0,00 Bolsa sin especificar 0,00

Total sin costes indirectos 21.877,34 Costes indirectos 2.300,00

Total 24.177,34

UNIVERSIDAD CARLOS III

INGRESOS PRESUPUESTADOS (incluídos costes indirectos): Año Importe 2006 20.000,00 Total 20.000,00

GASTOS REALES HASTA LA FECHA (incluídos costes indirectos): 20.000,00 €

GASTOS Tipo Importe

Inventariable 14.000,00 Fungible 2.600,00 Servicios 0,00 Contratac. laboral de personal 0,00 Becas 0,00 Dietas y viajes 1.582,00 Otros 0,00 Retribución participante UC3M. 0,00 Retribución particip. Externo 0,00 Socios y asociados (UE) 0,00 Bolsa sin especificar 0,00 Gastos bancarios 0,00


Total 20.000,00

CIDETEC

INGRESOS PRESUPUESTADOS (incluídos costes indirectos): Año Importe 2006 37.000,00 Total 37.000,00

GASTOS REALES HASTA LA FECHA (incluídos costes indirectos): 37.000,00 €

GASTOS Tipo Importe

Inventariable 0,00 Fungible 3.239,43 Servicios 0,00 Contratac. laboral de personal 37.000,00 Becas 0,00 Dietas y viajes 1.134,09 Otros 0,00 Retribución particip. Externo 0,00 Bolsa sin especificar 0,00 Gastos bancarios 0,00


Total 45.073,52

e) METODOLOGÍA E INSTRUMENTAL UTILIZADO: - Subproyecto 1: IOBA: análisis clínico efectuado en personas normales con el prototipo que utiliza dispositivos electrocrómicos

� Aspecto externo del prototipo: El 20 de diciembre de 2006 hemos recibido por primera vez un prototipo y una

serie de dispositivos electrocrómicos para utilizar con esa montura de pruebas. El sistema que nos han facilitado consiste en una montura de gafas que genera los cambios tensionales que inducen la conmutación de los dispositivos electrocrómicos mediante el uso de una batería que se conecta a la luz eléctrica, lo cuál lo hace cómodo para los análisis clínicos pues no se gastan pilas y el funcionamiento es constante y fiable. La batería puede ser aún miniaturizada e incorporada a la montura, pero este paso aún no se ha dado. En principio la montura parece cómoda y de tamaño estándar para los adultos y creemos que el dispositivo (“la montura”) es adecuado para llevar a cabo los exámenes clínicos que nosotros necesitamos realizar. Ha habido un retraso en la fecha inicialmente prevista de entrega del dispositivo lo que nos ha obligado a reducir el número de sujetos analizados.

Además los investigadores del GDAF han desarrollado un sistema de pinzas que permite cambiar los dispositivos electrocrómicos. La razón por la que ésto se ha realizado es porque los cristales de los que ahora disponemos no vuelven fácilmente al estado inicial una vez que han sido conmutados, por lo que hemos necesitado cambiar el cristal y poner uno nuevo cada vez que hemos tenido que volver a hacer pruebas en el estado claro.

Los dispositivos electrocrómicos (“los cristales” que no son cristales realmente pues son de plástico) presentan una coloración irregular con zonas de tonalidad más oscura y otras más claras. La emulsión electrocrómica tiene una escasa transparencia excepto en partes muy determinadas (las zonas con la coloración más clara). Su problema fundamental es que son traslúcidos y no transparente en gran parte de su extensión. Son de material plástico y maleables, por lo que se deforman produciendo aberraciones ópticas. Este problema puede tener solución utilizando materiales más rígidos y utilizando separadores, pero este paso aún no se ha dado.

En el cambio de estado, de claro a oscuro, hay filtros que no cambian y otros en los que el proceso es muy lento. Los filtros que tienen buena conmutación al regresar al estado claro lo hacen con una tonalidad ligeramente gris, dándole un aspecto como ahumado y reduciendo aún más su transparencia. La mayoría de ellos queda inservible después de un cambio de estado, como ya se especificaba previamente.

� Pruebas clínicas: Una vez comprobado el estado de los filtros y sus posibilidades, se decidió

probar los filtros en personas sin patologías oculares. Debido a la dificultad del manejo y a las complicaciones que daban los dispositivos no se ha considerado oportuno probarlos en pacientes con baja visión, dejando esta parte del trabajo para más adelante cuando dispongamos de unos dispositivos electrocrómicos que funcionen más adecuadamente a las exigencias de nuestros enfermos.

Se tomó un grupo de 15 personas normales a los que se realizó: - Refracción objetiva y subjetiva - Agudeza visual (AV) con corrección de lejos con test ETDRS

o Con la mejor corrección

o Con el prototipo en estado claro o Con el prototipo en estado oscuro

- Sensibilidad al contraste (SC) con Pelly Robson o Con la mejor corrección o Con el prototipo en estado claro o Con el prototipo en estado oscuro

- Medida del deslumbramiento con brightness acuity test (BAT) o AV con la mejor corrección y BAT en posición high

� Tiempo de recuperación de la AV inicial o AV con prototipo en estado oscuro y BAT en posición high

� Tiempo de recuperación de la AV inicial

El IOBA necesitó contratar a un becario (un óptico optometrista) para la realización de las pruebas clínicas. El becario ha sido contratado antes de hacer las pruebas con personas porque había que formarlo y que aprendiese a utilizar los distintos aparatos y test que se iban a manejar en la batería de pruebas final. El becario ha creado la base de datos en Access que permitió realizar un análisis de los datos en un tiempo corto. Para este objetivo se compró también un ordenador portátil en el que se ha efectuado la recogida de datos sin necesidad de utilizar papel. El becario ha trabajado, además, en las pruebas clínicas realizadas en personas normales y presentadas en el resultado de la investigación. Para la realización de estas pruebas clínicas se han adquirido un test ETDRS de Agudeza Visual, un test de Sensibilidad al contraste de Pelly-Robson, un BAT (Brightness Acuity Tester) para evaluar el deslumbramiento y un Anomaloscopio para evaluar los cambios en la percepción del color (este último no ha podido ser utilizado aún porque el test es muy pequeño y no se ve bien con la disminución de visión que produce el prototipo).

- Subproyecto 2:

Medida Descripción Instrumental

1

Potenciostato con 8 canales para la aplicación de potenciales y corrientes tanto en sistemas de 3 electrodos como en sistemas de 2 electrodos para su posterior análisis. Electropolimerización de películas y caracterización tanto de láminas como dispositivos.

• EC-Lab MPG Biologic multipotentiostat

2

Espectro de ultravioleta-visible-NIR para la determinación de espectros y determinación de longitudes de onda, contraste óptico y tiempos de conmutación

• V-570 Jasco

La preparación de láminas finas de formulaciones y electrolitos fueron obtenidas mediante métodos tales como spin-coating o doctor blade.

- Subproyecto 3: GDAF de la Universidad Carlos III de Madrid

El grupo de UCIII-GDAF recogía las muestras de filtros electrocrómicos (en adelante, EC) enviadas desde CIDETEC, y realizaba el siguiente protocolo de caracterización con el instrumental correspondiente indicado:

Medida Descripción Instrumental

1

Tensiones de conmutación: barrido de las tensiones hasta obtener la que produce conmutación observable.

Este dato también lo facilita CIDETEC, con el que se contrasta.

• Generador arbitrario de señal (Agilent).

• Fuentes de tensión (Promax).

• Fotodiodos de visible e infrarrojo de Hamamatsu.

2 Espectros: medida de los espectros de transmitancia de los dispositivos recibidos, de 360 a 780 nm con resolución de 5 nm.

• Monocromador de Acton Research con fotomultiplicador de Hamamatsu. 3

Tiempos de respuesta: medida de tiempos de subida y bajada de la transmitancia en la longitud de onda de 550 ó 600 nm, ante la aplicación de señales cuadradas de tensión.

Medida de la respuesta en varias longitudes de onda a lo largo de la aplicación continuada de la tensión (dispositivos finales).

4

Impedancia: medida de la impedancia de los dispositivos en función de la frecuencia, desde 0,1Hz hasta 1MHz.

Deducción de los parámetros característicos de los dispositivos (especialmente, su comportamiento capacitivo, vital para optImizar su direccionamiento eléctrico).

• Solartron 1260.

5 Voltametría cíclica: medida de la corriente consumida por el dispositivo ante la aplicación de una tensión triangular.

• FAS2 de Gamry.

Con una marcada carga dentro de los gastos del Proyecto, fue adquirido un analizador de impedancias, capaz de realizar análisis de ciclabilidad en un intervalo de frecuencias entre 1mHz y 100kHz, a fin de estudiar adecuadamente las reacciones de los dispositivos empleados. Su empleo resultó idóneo de cara a optimizar el rendimiento de los mismos y su relación con la electrónica de control. El instrumento adquirido es un Potenciostato-Galvanostato FAS2 de Gamry.

Finalmente, se emplearon herramientas de diseño electrónico asistido por ordenador y múltiples componentes de electrónica para realizar el prototipo final.

f) OBJETIVOS PREVISTOS CUANTIFICADOS Los objetivos que se preveían en el Proyecto se resumen en la siguiente tabla:

Objetivos globales.

Objetivo 1. Definición de las características ópticas y físicas de los filtros. Objetivo 2. Síntesis y caracterización de nuevos sistemas electrocrómicos. Objetivo 3. Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos. Objetivo 4. Caracterización de los dispositivos. Objetivo 5. Evaluación de la eficacia de los prototipos con pacientes.

- Subproyecto 1: IOBA: Objetivos específicos (IOBA): Estudio clínico en pacientes Baja Visión.

Objetivo 1. Definir las características de distribución espectral de los filtros oftálmicos a realizar por CIDETEC intentando simular las características de los filtros más prescritos en nuestra experiencia clínica. Se ha cumplido el objetivo al 100% y se han identificado varias opciones para el estado claro y el oscuro. Inicialmente nos planteamos como objetivo imitar las características de transmitancia del filtro CPF450 (de tonalidad amarillenta) como aquel que sería deseable imitar en el estado claro. También se identificó el CPF450XD (de tonalidad verdosa) como el objetivo a alcanzar en estado oscuro. A mediados del mes de octubre como no había suerte en la obtención de un material que tuviese las características deseadas en tonalidades verdes se identificó un nuevo filtro que es el IPL650 Plum con tonalidades violáceas para el estado oscuro que a priori parecía más sencillo de conseguir para los investigadores de CIDETEC.

Objetivo 5. Evaluar la eficacia de los prototipos con pacientes una vez que se disponga de prototipos: 5.1.Valorar la eficacia de los materiales electrocrómicos mediante una encuesta

subjetiva de satisfacción. Se ha cumplido al 100%. 5.2.Valorar la eficacia de los materiales electrocrómicos respecto a la mejoría en la

movilidad. No se ha podido evaluar ya que los dispositivos probados empeoraban notablemente la visión. No se ha cumplido en absoluto. 5.3.Estimar posibles variaciones de la AV de cerca y lejos inducidos por el uso de

materiales electrocrómicos. Se ha cumplido al 80% pues no se han podido analizar sujetos con patología. 5.4.Estimar la influencia en el deslumbramiento que tienen los filtros electrocrómicos

en su estado oscurecido y en su estado claro. Se han realizado pruebas con el BAT, pero al tratarse de sujetos normales en lugar de pacientes con patologías que producen deslumbramiento no se ha podido estimar adecuadamente si los filtros tienen alguna acción en la reducción del deslumbramiento. Grado de consecución: 60%.

5.5.Estimar posibles variaciones de la Sensibilidad al Contraste inducidos por el uso de materiales.

Se ha cumplido al 80% pues no se han podido analizar sujetos con patología. 5.6.Estimar posibles variaciones de la visión de colores inducidos por el uso de

materiales electrocrómicos. No se ha podido hacer ya que la disminución de visión que producía el dispositivo impedía que los individuos visualizasen el test del Anomaloscopio correctamente. No se ha cumplido en absoluto. 5.7.Comparar los resultados objetivos con los subjetivos. Se ha cumplido, los datos objetivos mostraban empeoramiento de los distintos parámetros visuales analizados y los sujetos se quejaban también de una merma en su visión. Cumplimiento en un 80% pues no se han podido analizar sujetos con patología. 5.8.Estimar si la utilización de estos filtros mejora el rendimiento de otras ayudas

ópticas, electrónicas y no ópticas No se ha podido hacer ya que la visión empeoraba y por ello se decidió NO probarlo en pacientes con baja visión (son éstas las personas que utilizan ayudas ópticas y electrónicas). No se ha cumplido en absoluto.

- Subproyecto 2 (CIDETEC): Síntesis de materiales y fabricación de filtros.

Objetivos Grado de consecución

Objetivo 2. Síntesis y caracterización de nuevos sistemas electrocrómicos.

95 %

Objetivo 3: Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos. 3.1. Preparación de dispositivos electrocrómicos 90 % 3.3: Deposición de los dispositivos o filtros sobre lentes usadas 90 %


En lo tocante al Grupo UCIII-GDAF, podemos encontrar los siguientes objetivos específicos:

Objetivos específicos Subproyecto 3 (UCIII-GDAF): Caracterización electroóptica y desarrollo de prototipos

Objetivo 3: Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos. 3.2: Ensamblaje en la montura. 3.4: Caracterización eléctrica previa. 3.5: Driver electrónico y controlador (según requerimientos de los pacientes y criterios de usabilidad). Objetivo 4: Caracterización de los dispositivos. 4.1: Caracterización electroóptica completa.

Cuantificando estos objetivos, podemos precisar:

Objetivos Grado de consecución Objetivo 3: Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos. 3.2: Ensamblaje en la montura. 75 % 3.4: Caracterización eléctrica previa. 100 % 3.5: Driver electrónico y controlador (según requerimientos de los pacientes y criterios de usabilidad).

80 %

Objetivo 4: Caracterización de los dispositivos. 4.1: Caracterización electroóptica completa. 100 %

La especificación de la consecución mostrada quedará clara en las secciones siguientes.

g) RESULTADOS OBTENIDOS DEL PROYECTO - Subproyecto 1: IOBA:

Todos los pacientes referían sensación subjetiva de empeoramiento importante de su visión. En relación a la Agudeza Visual (AV) y la Sensibilidad al Contraste (SC), éstas se vieron reducidas en todos los sujetos al medirla a través del prototipo en sus dos estados, el claro y el oscuro. El grado de disminución de la AV y la SC variaba según el cristal utilizado, generando resultados no reproducibles por lo que, hemos decidido no dar resultados numéricos ya que para el mismo paciente y con el mismo dispositivo la AV podía variar en 1-2 líneas de optotipos en función del área del dispositivo que se utilizase. Así, es difícil asignar un valor concreto a un sujeto dado con un test determinado. La sensibilidad al contraste disminuye también en todos los sujetos al menos en una triada (Mediana= 3 letras). La disminución de la SC se produce en menor grado con el prototipo claro y en mayor medida con el filtro en estado oscuro. De nuevo hemos obtenido resultados no reproducibles.

La medida de la AV con el BAT sin el prototipo no experimenta variación en ningún sujeto y el tiempo de recuperación es de tres segundos ya que se tiene la misma agudeza visual nada mas retirar el BAT. Esto se explica porque los sujetos normales tienen un tiempo de recuperación normal. El análisis con el BAT hubiera sido especialmente interesante en pacientes con baja visión ya que ellos sufren deslumbramiento (disminución de visión con el exceso de luz) y éste es susceptible de mejorar con el uso de un filtro de absorción selectiva. Con el prototipo en estado oscuro la AV obtenida usando el BAT es superior a la AV obtenida sólo con el prototipo oscuro y el tiempo de recuperación sigue siendo cero segundos.

Se encontraron diversos problemas durante las exploraciones vinculadas al estado de los prototipos:

- Debido a la falta de homogeneidad en la coloración y la poca transparencia del centro del filtro, se empleaban zonas periféricas en la exploración y cuya elección dependía del sujeto examinado.

- Tras una conmutación claro-oscuro-claro muchos de los prototipos quedaban inservibles debido a que tomaban una coloración grisácea completamente opaca. Esto obligaba a utilizar varios filtros por sujeto con las diferencias que esto conlleva.

- Al usar zonas periféricas del prototipo para los exámenes no se podía utilizar el sistema montado en gafa y había que mantenerlo con la mano durante toda la prueba.

No se han realizado exámenes sobre el cambio en la percepción del color con el Anomaloscopio que teníamos preparado para ello porque no se podía ver el test debido a la falta de trasparencia del material electrocrómico.

CIDETEC

Los materiales electrocrómicos se definen como materiales que cambian de color de forma reversible al aplicar un campo eléctrico debido a procesos de reducción y oxidación. Los materiales electrocrómicos pueden ser agrupados en relación a su naturaleza química dando lugar a dos grupos importantes de materiales que son los materiales inorgánicos (óxidos inorgánicos) y los materiales orgánicos (polímeros conductores y viológenos). Polímeros conductores derivados de la familia del polipirrol (PPy), politiofeno (PTh) y polianalina (PANI) han sido estudiados en profundidad en el campo del electrocromismo debido a sus propiedades que incluyen facilidad de procesado, tiempos de respuesta rápido, elevados contrastes ópticos y la posibilidad de modular la coloración a partir de variaciones estructurales de los monómeros de partida. Las películas de polianilina presentan un comportamiento electrocrómico policromático alcanzando hasta 4 coloraciones diferentes que incluyen amarillo, verde, azul y negro. Diferentes mecanismos han sido propuestos para explicar su comportamiento electrocrómico que incluyen procesos de oxidación y reducción, así como protonación y deprotonación. Los derivados de polianilina se identificaron como posibles materiales de partida para el desarrollo de filtros adecuados para baja visión debido a su cambio de color entre amarillo y verde. Pensando en la preparación de dispositivos se planteó la posibilidad de utilizar una capa de almacenamiento de iones de naturaleza inorgánica y transparente de modo que no aporte coloración adicional al dispositivo final.

Sustrato plástico

Sustrato plástico

Capa conductora transparente

Capa electrocrómica

Electrolito

Capa de almacenamiento de iones


Figura 1 Esquema de las diferentes capas necesarias en un dispositivo electrocrómico.

Un dispositivo electrocrómico consta de varias capas necesarias para el perfecto funcionamiento del dispositivo haciendo un total de 7. La capa electrocrómica se deposita sobre un sustrato conductor que puede ser plástico o cristal dando lugar al electrodo de trabajo. Por otro lado tenemos una capa de almacenamiento de iones la cual debe ser complementaria en cuanto a comportamiento redox como contenido de carga a la capa electrocrómica. Esta capa también va depositada sobre un sustrato transparente conductor. Dicha combinación compone el contraelectrodo del dispositivo. Ambas capas están

separadas por un electrolito que permite el transporte de iones entre el electrodo de trabajo y contraelectrodo dependiendo del proceso redox. Una primera propuesta se centró en la preparación de dispositivos electrocrómicos basados en derivados de PANI como capa electrocrómica y óxidos de Vanadio como contraelectrodo sobre sustrato plástico conductor. En este caso el dispositivo final tendría una coloración entre amarillo y verde debido a la PANI. Las láminas electrocrómicas de PANI se obtienen a partir de una disolución acuosa ácida de HCl utilizando Pt como electrodo de trabajo. Partiendo de dicha receta se obtuvieron láminas muy homogéneas y de gran coloración. Esta receta se intentó transferir a electrodos de trabajo transparentes basados en ITO plástico. Debido a la naturaleza ácida de la disolución dicha receta no fue válida ya que disoluciones con pH muy ácidos atacan la capa conductora del sustrato plástico conductor haciéndola inviable para la preparación de dispositivos electrocrómicos. Por lo tanto la receta se modificó llegando a un compromiso entre la acidez necesaria para la electropolimerización de la película de anilina sin deteriorar las láminas conductoras. Para ello se redujo el contenido en HCl pero manteniendo el contenido en Cl- mediante la adición de CaCl2. Las láminas de PANI fueron caracterizadas ópticamente a +0.1V (coloración amarilla) y a +0.6 V (coloración verde) para determinar la longitud de onda a la que corta en ambos colores y por lo tanto evaluar su efectividad como filtros para baja visión. En la Figura 2 se puede observar la evolución de los colores de la capa electrocrómica aumentando el potencial.

-0.3 V +0.6 V

Figura 2 Evolución de la capa electrocrómica de PANI al variar el potencial

La Figura 3 muestra el espectro de UV/Vis de las láminas electrocrómicas de PANI indicando un corte por encima de 450 nm que es el valor que se estaba buscando. El contraste en este caso no es muy elevado (∆ %T: 10-20 %) pero en el caso de filtros para baja visión sería suficiente ya que prima el corte de una radiación concreta.

%T

amarillo verde

100

80

60

40

20

0 320 400 480 560 640 720 800 880 960

Longitud de onda (nm) Figura 3 Espectro de UV/Vis de la película de PANI en coloración amarilla y verde. Los contraelectrodos fueron preparados a partir de técnicas sol-gel partiendo de isopropóxido de vanadio diluido en agua en diferentes proporciones de modo que el contenido en carga sea complementario a la lámina electrocrómica para un perfecto funcionamiento del dispositivo. Las láminas son sometidas posteriormente a un proceso de curado a tan solo 50oC lo que permite la preparación de dichas películas sobre sustratos plásticos.

0,15

0,1

Inte

nsid

ad (m

A)

0,05

0

-0,05 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5

Potencial (V)

Figura 4 Voltamograma cíclico de una lámina de V2O5 sobre ITO plástico en acetonitrilo con LiClO4 como electrolito y Ag/AgCl como electrodo de referencia.

El comportamiento electroquímico de las láminas inorgánicas fue evaluado en disoluciones de 0.1 M LiClO4 en acetonitrilo. Las láminas de óxido de Vanadio sintetizadas por métodos sol-gel en el laboratorio presentan un estado de oxidación +5, el cual se reduce a Vanadio con estado de oxidación +4 y +3 a +0.65V y 0V, respectivamente. Posteriormente, se oxida de nuevo a +0.4 V y 0.6 V para dar de nuevo V2O5. El último elemento necesario en la preparación de dispositivos es el electrolito. Por lo tanto se utilizaron 6 tipos de electrolitos diferentes los cuales se muestran de forma resumida en la Tabla 1.

Entrada Electrolito 1 PEO/Tf2NLi 2 PMMA/LiBF4, 3 PIL-IL-BF4

-

4 PIL-IL-Br

5 PIL-IL-PF6 -

6 PIL-IL-Tf2N

Tabla 1

Todos los electrolitos utilizados en el presente proyecto están basados en polímeros de distinta naturaleza que confieran una naturaleza tipo gel al electrolito evitando posibles fugas o evaporación del disolvente presente en la mezcla electrolítica. Los electrolitos 1 y 2 llevan presentes en la mezcla sales de litio embebidas en una matriz polimérica como es PEO (óxido de polietileno) y PMMA (polimetilmetacrilato). Estos electrolitos se seleccionaron ya que se postula que los dispositivos electrocrómicos basados en óxidos inorgánicos requieren la presencia de iones Litio para su funcionamiento. Sin embargo, previas investigaciones en dispositivos electrocrómicos híbridos orgánicos-inorgánicos realizadas en CIDETEC han revelado que la presencia de iones litio en el electrolito no es tan limitante. Por esta razón se incluyeron en el estudio electrolitos basados líquidos iónicos y polímeros basados en dichos líquidos iónicos a partir de derivados de imidazol con diferentes aniones como son Br-, Tf2N-, BF4

-, PF6-.

Para el ensamblado de los dispositivos se procedió a aplicar una capa fina de electrolito mediante spin-coating sobre la capa inorgánica de óxido de vanadio. Posteriormente, la capa electrocrómica en su coloración amarilla se coloca encima del electrolito de modo que la capa electrocrómica se oxida mientras

que la capa inorgánica se reduce. Estos dispositivos se probaron y mostraron un cambio de coloración entre amarillo y verde, sin embargo la película de PANI no mostró una adhesión adecuada para la aplicación final, por lo que el dispositivo final mostraba inhomogeneidades. Por lo tanto se descartó la utilización de películas obtenidas mediante polimerización electroquímica. Por otro lado, a la vez en CIDETEC se trabaja con mezclas poliméricas basadas en derivados electrocrómicos de viológenos los cuales cambian entre coloración amarilla leve a azul oscuro. Dicha estrategia se ha llevado a cabo utilizando viológenos embebidos en una matriz polimérica. Una propiedad de los viológenos incluye la posibilidad de modular su coloración modificando la naturaleza de los sustituyentes.

N NR R

Estructura general de los viológenos

De este modo, dispositivos electrocrómicos basados en viológenos de cadenas alquílicas cortas poseen una coloración azul mientras que cadenas alquílicas de mayor número de carbonos poseen una coloración roja. Por otro lado grupos arilos dan lugar a una coloración verde. Una de las ventajas más importantes de dicha tecnología es la simplicidad de los dispositivos electrocrómicos finales debido a la reducción del número de capas necesarias para el funcionamiento de los dispositivos de 7 capas a 5 como se puede apreciar en la Figura 5.


Sustrato plástico

Mezcla electrocrómica


Sustrato plástico

Figura 5 Simetría de dispositivos electrocrómicos desarrollados en CIDETEC.

Por lo tanto una capa fina de la mezcla electrocrómica polimérica se coloca entre dos láminas plásticas. El dispositivo tan solo necesita un proceso de prensado para fijar las capas dando lugar a un dispositivo electrocrómico. Al mismo tiempo CIDETEC ha trabajado en el desarrollo de dispositivos con diversas coloraciones integrando viológenos de cadena alquílica larga en matrices poliméricas obteniéndose un cambio de coloración entre amarillo y rosa. En la foto inferior se muestra el comportamiento electrocrómico de uno de los primeros dispositivos desarrollados con dicha coloración. Dicha nueva coloración es válida para baja visión adecuándose los cambios de coloración a los filtros denominados Optolite™ IPL 650 Plum, de Instrument Plastics Limited.

Las primeras pruebas realizadas con dichos dispositivos mostraron un color adecuado aunque el dispositivo necesitaba incluir importantes mejoras en estabilidad. En un primer momento el dispositivo mostraba coloración rosácea que tan solo duraba unos segundos incluso con alimentación externa (dichas formulaciones se identificaron con la terminación PC). A partir de este momento se empezaron a modificar las formulaciones de partida para resolver los problemas que íbamos encontrando. Las posibles razones que se barajaron para explicar este comportamiento estaban relacionadas con problemas de solubilidad de los materiales electroactivos. Por esa razón se intentó mejorar dichos problemas de solubilidad utilizando alcoholes de cadena alquílica larga para solubilizar nuestro material. Esto dio lugar a la búsqueda de materiales poliméricos también solubles en dichos disolventes donde los materiales electroactivos estuvieran embebidos. Esta nueva generación de mezcla electrocrómica conocidas con la terminación PVP, compuestas por alcohol y polímero derivado de pirrolidona presentaba una coloración con el potencial más estable, sin embargo el color que presentaban era muy suave, así como los tiempos de coloración y sobre todo de aclarado no era lo esperado. La siguiente generación de mezcla electrocrómica incluía un mayor porcentaje de material electrocrómico que acentuara la coloración del dispositivo final. Por lo tanto se prepararon y evaluaron dispositivos electrocrómicos con contenido en viológeno entre 4 y 8%. De dichos estudios se dedujo que el contenido en viológenos óptimo era un 7% en términos de contraste, coloración y estabilidad. Una vez solucionados los problemas de coloración quedaba pendiente mejorar los tiempos de ciclabilidad por lo que se en la mezcla anterior se adicionaron lo que podemos denominar potenciadores del intercambio iónico como son los líquidos iónicos. De este modo aumentamos la concentración de sales en el medio dando lugar a procesos de coloración y decoloración más rápidos. Los dispositivos derivados de dicha estrategia fueron designados con la terminación Tf2N. Desde la Universidad de Carlos III se caracterizaron los dispositivos y aunque la ciclabilidad no era óptima se planteó evaluar dichos dispositivos primero en coloración amarilla y después conmutarlos al estado rosáceo para evaluar dicha coloración. Por lo tanto se prepararon docenas de dispositivos con dicha formulación seleccionando aquellos dispositivos que conmutaran.

Desafortunadamente la transparencia de dichos dispositivos no es adecuada para su utilización en filtros para pacientes de baja visión. Se considero mejorar esta transparencia mediante la preparación de dispositivos que presentaran una capa más fina de mezcla electrocrómica sin embargo la mezcla de partida es demasiado opaca. Estudios posteriores mostraron que la mezcla de partida se encuentra disuelta en caliente pero se cristaliza al enfriar lo que da lugar a los problemas de transparencia. Por lo tanto se consideró la síntesis de nuevos viológenos que presenten coloración rosa pero con cadenas alquílicas más reducidas que favorezcan su solubilidad. Por otro lado, se han empezado a sintetizar químicamente formulaciones de PANI que permitan el desarrollo de dispositivos basados en dichos materiales. Este es por tanto el punto de partida para un próximo proyecto de investigación que daría lugar al desarrollo de nuevos dispositivos electrocrómicos teniendo como punto de partida los importantes avances alcanzados en el presente proyecto (incluso con la limitada financiación obtenida y el corto periodo de tiempo de desarrollo).


g.1) Resumen: condiciones de contorno y cronología

Cronológicamente hablando, se obtuvo la concesión del Proyecto a finales del año 2005, siendo ingresado el dinero correspondiente a dicha concesión el 30 de marzo de 2006.

Previamente a estas fechas se había estado realizando una estrecha colaboración con los grupos IOBA y CIDETEC en la búsqueda de las especificaciones adecuadas para los filtros que deberían conseguirse.

Fruto de esta colaboración surgieron diferentes mediDas de filtros comerciales habitualmente dispensados por IOBA a sus pacientes. Dos muestras de tandas de transmitancias medidas pueden verse en la Figura 1. Estos filtros suelen ser fotocromáticos, teniendo dos niveles de transmisión diferentes: entre un estado claro, que es el mostrado, y un estado más oscuro, obtenido por reacción fotoquímica al incidir la luz solar sobre ellos.

Figura 1. Transmitancia medida en GDAF de los Filtros Corning CPF® y Essicare ® en función de la longitud de onda.

Además, se usaban filtros realizados con derivados de PEDOT (Polietilen-dioxi-tiofeno) para determinar un protocolo de caracterización. Estos filtros no eran adecuados para este Proyecto, pero el protocolo sí podría aplicarse en él.

El recorte que suponía la ayuda concedida ante el presupuesto establecido no rebajó los objetivos propuestos, si bien recortó el número de plasmaciones finales: se decidió que se buscaría un único prototipo final de gafas de filtros EC, adaptado a las necesidades de usuarios con discapacidad visual.

No obstante, ello pasaba por obtener una serie de filtros de características adecuadas. Debían cumplir tres requisitos fundamentales:

1. Conmutar su transmitancia espectral según los filtros escogidos por el IOBA para sus pacientes con agudeza visual de baja visión, según nuestras medidas.

2. Hacerlo en un tiempo relativamente bajo (segundos). 3. Mantener una calidad óptica adecuada que no reduzca la agudeza visual del

usuario (pues el objetivo es mejorarla). De todo ello, a lo largo del tiempo, no se lograba el último punto. Describiendo temporalmente lo ocurrido, podríamos decir:

• Primeras tandas: IOBA marcó los dos estados extremos espectrales de transmitancia del filtro fotocromático tipo CPF 450-XD de Corning como patrón de referencia primordial a buscar. De febrero a octubre, CIDETEC intentó conseguir una emulsión EC que reaccionara conmutando entre dos compuestos que tuvieran unas características Figura 2: Transmitancia del Filtro CPF 450-XD de espectrales similares a este Corning. patrón (Figura 1).

Como iban demostrando las medidas realizadas en GDAF, esto no se conseguía (ver la parte de la memoria de CIDETEC). Fallaba, en concreto, el requisito 1 de los anteriormente descritos.

• Se decidió entonces en IOBA, siguiendo la experiencia en los materiales alcanzados por CIDETEC, sugerir el intento de obtención de otras características válidas también en baja visión: las seguidas por unos filtros, de un color rosáceo, llamados Optolite™ IPL 650 Plum, de Instrument Plastics Limited. El dispositivo buscado debería conmutar entre dos estados de transmitancia total diferente, pero Figura 3: Transmitancia del filtro elegido.

sin variar espectralmente en exceso (Figuras 3 y 4). CIDETEC cambió sus formulaciones y empezó a trabajar en este tipo de dispositivo en noviembre de 2006. Es decir, durante los tres últimos meses del Proyecto.

Figura 4: Aspecto del filtro elegido.

Dado que las primeras tandas no ofrecían buenos resultados, se ha desechado su discusión de esta memoria por simplicidad. En cuanto a las tandas de los dispositivos similares al filtro IPL650, se fueron recibiendo muestras en GDAF a gran velocidad, y las caracterizaciones iban evidenciando una mejora en los puntos 1 y 2 de los requisitos anteriormente mencionados. El problema siguió siendo el requisito número 3, que como veremos, no fue superado. Por este motivo, y ante el apremio temporal del final del Proyecto, se decidió en GDAF minimizar el camino de los nuevos dispositivos, de modo que se realizó un prototipo de sistema destinado esta vez a los profesionales clínicos, no a los usuarios finales. De esta manera, los integrantes de IOBA podrían intentar realizar pruebas clínicas con los mejores dispositivos que recibieran. Así, terminó por realizarse lo que daremos en llamar un “prototipo clínico”, que será descrito más adelante, que cubriera estas necesidades de test a pacientes, para que IOBA tuviera la posibilidad de realizar las tareas finales del Proyecto, que eran de su competencia (tareas T.4.1 a T.4.4 en la memoria de solicitud del Proyecto, englobadas en el punto de metodología M4. “Evaluar la eficacia de los prototipos con pacientes”). La realización de este prototipo finalizó nuestras tareas.

A continuación se detallan todos estos puntos. Primero se describe la caracterización óptica. Posteriormente se incide en la eléctrica, así como en el desarrollo de la electrónica de control. Se finaliza describiendo el prototipo implementado.

g.2) Caracterizaciones Ópticas de los Dispositivos

g.2.1) Resumen

Se recibieron en el GDAF diversas muestras de dispositivos electrocrómicos enviadas desde CIDETEC. Como se ha comentado, obviaremos por simplicidad los resultados de todos los dispositivos anteriores a noviembre de 2006, ya que no se usaron en la parte final del Proyecto.

En la Tabla 1 se detallan las tandas finales (desde noviembre) de los tipos de dispositivos caracterizados, con la nomenclatura que se utilizará como referencia a lo largo del informe. El objetivo a estas alturas de Proyecto era obtener unos filtros similares en transmitancia a los IPL650 Plum.

Dispositivos 0,05PC

0,05PVP 0,06PC

0,06PVP

Dispositivos 0,05PC 0,06PC

0,06PVP

Dispositivos 0,06PVP 0,07PVP 0,06Tf2N

0,07Tf2N

Dispositivos 0,07Tf2N

Dispositivos 0,07Tf2N

a) b) c) d) e)

Tabla 1. Nomenclatura de los dispositivos recibidos en las fechas: a) 15 Noviembre, b) 17 Noviembre, c) 23 Noviembre, d) 29 Noviembre, e) 7 Diciembre

Varios son los parámetros que han servido de criterio para la elección de los dispositivos con mejor respuesta electroóptica. Inicialmente se midieron los tiempos de respuesta para la definición de las señales eléctricas adecuadas. Asimismo se incidió en la búsqueda del dispositivo con mejor ciclabilidad que permitiera alcanzar los 35 minutos de duración del test de pruebas con los pacientes (información del IOBA). Las pruebas de memoria se descartaron una vez conocida la advertencia de CIDETEC de la falta de memoria de estas emulsiones EC concretas.

Por otra parte, se ha estudiado el aspecto visual de las muestras durante todo el proceso. Se han caracterizado las variaciones del espectro de la transmitancia entre los estados oscurecido y aclarado. Finalmente, se ha medido la estabilidad de la transmitancia en los dispositivos con el paso del tiempo y, asimismo, la estabilidad del color. Las conclusiones para cada uno de los aspectos se resumen a continuación.

Los dispositivos del tipo 0.07Tf2N, fueron escogidos especialmente por su buena estabilidad, ciclabilidad y homogeneidad; si bien los contrastes obtenidos con ellos no son los mejores, dichas características eran suficientes para considerarlos los mejores candidatos de cara a la búsqueda final del filtro óptimo.

g.2.2) Medidas temporales

Para escoger las características de las señales eléctricas a aplicar, se han realizado medidas temporales introduciendo al dispositivo una señal cuadrada. El elevado tiempo de conmutación observado en la exploración visual, marcó 45 segundos como el tiempo de cada nivel de la señal (45s en coloración y 45s en aclarar el dispositivo).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Tran

smita

ncia

(%)

0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V 0V 2.4V

0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720 765 Longitud de onda (nm)

Figura 5. Conmutaciones temporales a 550 nm para el dispositivo 0,06PC

Se observa (Figura 5) que se produce una degradación de la transmitancia en ambos estados. Se aprecian dos constantes de tiempo diferentes para cada transición, claro- oscuro y oscuro-claro, que han de estar relacionadas con dos procesos químicos dentro del material, según sugiere Cristina Pozo de CIDETEC.

g.2.3) Aspecto visual y calidad óptica de los filtros

Se puede decir que los tamaños y estructuras conseguidos para los dispositivos son altamente satisfactorios, no así la calidad óptica de los mismos.

La apariencia visual de las muestras no es homogénea en toda la superficie del dispositivo, presentando zonas más amarillentas y otros más claras (Figura 6, (a)). La falta de homogeneidad se observa antes y después de la aplicación de las señales eléctricas. El aspecto de un dispositivo antes del experimento completo de caracterización, después de aplicar 0V, presenta una calidad deficiente, aunque existen zonas válidas (Figura 6, (c)). Después de todo el test de pruebas se demuestra que el dispositivo, incluso llevado a 0V, es inadecuado para su uso como filtro (Figura 6, (d)): es oscuro mostrando una evidente tonalidad azul y produce scattering. Sin embargo, posee alguna zona limpia que sigue virando a rosa pero con aberración óptica. Disminuye, pues, la agudeza visual del observador que mira a su través.

La transmitancia espectral medida en distintos puntos de un dispositivo, sin conmutar (0V) y conmutando (2.4V), revelan de nuevo la falta de homogeneidad en su superficie (Figura 6 (e) y 2 (f)).

Como conclusión a estas pruebas visuales, se propone a CIDETEC que las capas activas tengan un grosor mucho más controlado y un crecimiento cuidadoso utilizando probablemente algún tipo de sistema separador. Deben ser lo más finas posible, a fin de obtener un conjunto de capas de caras e interfases lo más plano paralelas posible, pero con un grosor suficiente para apreciar el cambio de color con un buen contraste, sin perder la calidad óptica del dispositivo, lo que se ha observado en las zonas menos densas.

(a) (b)

10

20

(c) (d)

8080

7070

6060

A 0V A 2.4V A 0V después, punto 1A 0V después, punto 2A 0V después, punto 3A 0V después, punto 4

A 0V A 2.4V A 2.4V después, punto 1 A 2.4V después, punto 2 A 2.4V después, punto 3 A 2.4V después, punto 4

Tran

smita

ncia

(%)

Tran

smita

ncia

(%)

50

40

30

50

40

30

20

10

00 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Longitud de onda (nm) Longitud de onda (nm)

(e) (f)

Figura 6. Vista del dispositivo sin conmutar (a), de un par de pantallas del rack de instrumentos del laboratorio sin el dispositivo (b), con el dispositivo conmutado a 0V por primera vez (c) y con el

dispositivo conmutado a 0V tras todo el test (d).

La aplicación de tensión constante durante 30 minutos al dispositivo degrada al material, que no puede ser conmutado para aclararlo; y el dispositivo conmutado pierde calidad óptica1. Aunque ha mejorado la calidad de los dispositivos, especialmente en los últimos recibidos, no parece ser aún suficiente para la aplicación a desarrollar.

g.2.4) Espectro de transmitancia: Variación entre estados aclarado y oscurecido

La medida del contraste de los dispositivos se obtiene calculando la variación que experimenta la transmitancia entre los estados aclarado y oscurecido. En la Tabla 2 se resumen la tensión de conmutación de los dispositivos, la longitud de onda donde se produce el máximo de la coloración, y la profundidad de la misma en términos de variación de transmitancia (de donde puede obtenerse el contraste).

1 Por simplicidad, usaremos el término calidad óptica para medir cualitativamente que, mirando a su través, al menos no perdemos agudeza visual. En definitiva, que puedan funcionar como filtros en unas gafas.

800 850

Dispositivo Tensión de conmutación

λMáx∆Transm (±5 nm) Tclaro Toscuro

Máxima ∆Transm

0,05PC 2,4V 555 nm 61,7% 47,0% 14,7 % 0,05PVP 2,6V 555 nm 69,1% 49,5% 19,6 % 0,06PC 2,4V 550 nm 53,0% 24,3% 28,7 %

0,06PVP 2,8V 550 nm 57,5% 34,0 23,5% (a)



Máxima ∆Transm

0,05PC 2,6V 555 nm 60,4% 34,8% 25,6 % 0,06PC 2,4V 560 nm 71,9% 29,6% 42,2 %

0,06PVP 2,5V 550 nm 65,8% 37,8% 28,0 % (b)



Máxima ∆Transm

0,06PVP 2,5V 555 nm 47,2% 20,3% 26,8 % 0,07PVP 2,4V* 555 nm 61,4% 45,0% 35,4 % 0,06Tf2N 2,4V 565 nm 38,0% 31,6% 6,4 % 0,07Tf2N 2,3V 555 nm 50,5% 32,5% 17,9%

(c)



Máxima ∆Transm

0,07Tf2N 2,4V 550 nm 62,1% 24,5% 37,6% (d)



Máxima ∆Transm

0,07Tf2N 2,4V 550 nm 68,54% 32,43% 36,11% (e)

Tabla 2. Contraste de los dispositivos. Fechas de recepción: a) 15 Noviembre, b) 17 Noviembre, c) 23 Noviembre, d) 29 Noviembre, e) 7 Diciembre

Se han resaltado en sombreado los mejores contrastes obtenidos para las muestras recibidas en distintas fechas. La mayoría de contrastes son superiores al 35% implicando niveles de conmutación aceptables, según lo recomendado por la Dra. Rosa Coco en IOBA. No obstante, a medida que el dispositivo se conmuta, se ve un degradado evidente. A este respecto, la mejor ciclablidad se produjo en el 0,06PVP, si bien con malos contrastes. Como podrá apreciarse, a medida que pasaba el tiempo CIDETEC y GDAF se decantaron por un dispositivo (0,07Tf2N) que ofrecía más posibilidades de mejora y que pronto alcanzó niveles muy aceptables de contraste.

g.2.5) Espectro de transmitancia: Estabilidad temporal

Se ha medido la evolución temporal del espectro de transmitancia. Minuto a minuto se ha medido un espectro de transmitancia de cada dispositivo, conmutado en primer

A 0VA 2.4VA 0V,min 1A 0V,min 2A 0V,min 3A 0V,min 4A 0V,min 5

6060

7070

8080

20

50

60

70

lugar a 2,4V y después a 0V. Los mejores resultados se representan en las Figura 7 (a) y 7 (b), respectivamente.

Todos los espectros de 2.4V tienen las mismas formas, lo que significa que se mantiene el color con el dispositivo oscurecido (conmutado, rosáceo) aunque el filtro se va oscureciendo progresivamente al bajar la transmitancia. Sin embargo, la recuperación a 0V es imposible y espectralmente cambia el color con el dispositivo aclarado (sin conmutar, amarillo a azulado).

8080

0V0V

0V0V

2,2,44VV A 0V A 2.4V A 0V,min 1 A 0V,min 2 A 0V,min 3 A 0V,min 4 A 0V,min 5

0V0V

2,42,4VV

7070

6060

TTrran

san

smi

mitata

nci

nciaa

(%(%))

5050

4040

3030

5050

4040

3030

20202020

10101010

0000 335500 440000 454500 550000 555500 660000 656500 700700 775500 880000 858500 335500 440000 454500 550000 550550 660000 665500 707000 750750 800800 850850

LLoonnggiittudud dede onondada ((nnm)m) LonLongigitud dtud dee ononda (da (nnm)m)

(a) (b)

Figura 7. (a) Espectros de la conmutación en un punto determinado del dispositivo al pasar de 0V a 2.4V, medidos minuto a minuto. (b) Espectros de la vuelta a 0V en el mismo punto, medidos minuto a minuto.

Las flechas indican, leídas de izquierda a derecha, la evolución de los espectros con el tiempo.

g.2.6) Estabilidad del color

Para poder apreciar más correctamente la estabilidad conseguida en la coloración, se ha estudiado la evolución temporal de la transmitancia en tres longitudes de onda diferentes: la que más variación mostró al conmutar y otras dos de dos intervalos espectrales relevantes (Figura 8).

1

550/600 nm 550/650 nm 600/650 nm

2.4V 0V

00:00 05:00 10:00 15:00 20:00 25:00 30:00 35:00 40:00 45:00 Tiempo (min)

2.4V 0,95

0V 0,9

Rel

ació

n de

tran

smita

ncia 0,85

0,8

0,75

0,7

0,65

Tran

smita

ncia

(%)

40

30

550nm 600nm 0,6 650nm10

0,55

0 0,5 00:00 05:00 10:00 15:00 20:00 25:00 30:00 35:00 40:00 45:00

Tiempo (min)

(a) (b) Figura 8. (a) Evolución temporal de la transmitancia en tres longitudes de onda distintas. (b) Relaciones

entre transmitancias a esas longitudes de onda.

Los dispositivos 0,06Tf2N y 0.07Tf2N necesitan aproximadamente 10 minutos de oscurecimiento progresivo hasta alcanzar la estabilización de la transmisión. La estabilización durante los 35 minutos siguientes permite que se mantenga la coloración alcanzada hasta ese momento. La variación de la transmitancia es inferior al 4% en el peor de los casos y del 1% en el mejor. La Figura 8 muestra este resultado

TTrran

san

smi

mitata

nci

nciaa

(%(%))

para el mejor dispositivo 0.07Tf2N. La variación de color, medida como relación entre las transmitancias a varias longitudes de onda, está en el intervalo 1%-6%. Se concluye que debe mejorarse la estabilidad de los dispositivos, aunque está cerca de ser aceptable.

g.3) Caracterizaciones Eléctricas de los Dispositivos

g.3.1) Voltametría cíclica

La Voltametría Cíclica es un tipo de medida electroquímica potenciodinámica que estudia las propiedades de las reacciones redox (reducción - oxidación) que se producen en las diferentes capas de las estructuras químicas.

(a) (b) Figura 9. (a) Señal de tensión aplicada en un experimento de voltametría cíclica. b) Representación

habitual de los resultados de un experimento de voltametría cíclica.

En Voltametría Cíclica se aplica un potencial eléctrico de la forma en rampa de la Figura 9 (a) entre el Electrodo de Referencia y el Electrodo de Trabajo y se mide la corriente entre el Electrodo de Trabajo y el Electrodo Contador. La gráfica habitual de representación de resultados (Figura 9 (b)) enfrenta la corriente medida y la tensión aplicada.

Como la forma de onda muestra, el barrido de tensión directo, es decir, de pendiente positiva, produce una corriente de pico que para algunos dispositivos a medir puede disminuir dependiendo del rango del potencial de barrido. La corriente aumenta cuando la tensión de barrido alcanza el potencial de reducción del dispositivo, y luego va disminuyendo a medida que la concentración en el dispositivo se va acercando a la superficie del electrodo. Cuando el barrido de tensión es inverso, es decir, de pendiente negativa, se alcanzará un potencial de oxidación del producto formado en la primera reacción de reducción y se produce una corriente de polaridad inversa a la del barrido directo. Este pico de oxidación normalmente tiene una forma similar al del pico de reducción. Como resultado se obtiene información del potencial redox y de los compuestos de la reacción electroquímica.

Se ha utilizado el Potenciostato Galvanostato FAS2 de Gamry para realizar las medidas de voltametría cíclica de este informe.

g.3.1.1) Estudio del Comportamiento Electroquímico del Dispositivo 007Tf2N

Las medidas de VC para los prototipos A y D del Dispositivo 007Tf2N_271106 (Figura 10) han tenido unos resultados de buena reversibilidad y potencial redox coherente con su comportamiento óptico. La corriente que consume el dispositivo cuando se le aplica un barrido de potencial entre +-2V, a menos de 1000ms de velocidad de barrido, no supera los 20mA. Es en torno a los 2V cuando se produce el cambio de pendiente en la corriente, cuando el dispositivo cambia de color, y la reacción redox tiene lugar.

(a) (b) Figura 10. (a) Medida de VC del Dispositivo 007Tf2N_A_271106. (b) íd. para el 007Tf2N_D_271106.

En una de las cartas de la caracterización electroquímica generadas en el protocolo desarrollado por GDAF (Figura 11) puede apreciarse la evolución con la velocidad de barrido, así como la aparición de una reacción hacia 0,5 V, más pequeña en cuanto a corriente, que ha de ligarse a la aparición de los dos tramos de variación de transmitancia en la conmutación.

Figura 11. Caracterizaciones sucesivas sobre el dispositivo 007Tf2N_A_271106.

g.3.2) Corriente y tensión en conmutación

Analizando el dispositivo 0,06PVP por su estabilidad de conmutación, se ha obtenido una gráfica muy ilustrativa de su comportamiento, que es extensiva a todos los demás dispositivos: una vez que experimentos de voltametría cíclica mostraron una

conmutación que exigía unos 80µA de corriente en el dispositivo 0,06PVP, se decidió aplicar dicha corriente de forma constante desde el segundo 0 de un experimento de conmutación de la misma duración que los temporales espectrales ya presentados. En la Figura 12 se aprecia la tensión que aparece en el dispositivo, mostrando los potenciales de conmutación. Para el oscurecimiento (consumo inicial de corriente) se produce una subida drástica de potencial (en 1.1 segundos) hasta 2V, para subir luego más lentamente. Análogamente, al dejar de aplicar corriente, y obligar a una entrada de corriente 0, el potencial del dispositivo baja rápidamente y luego lo hace lentamente de 1.45V a 0.75V (y seguiría bajando).

006PVP2_cronopotenciometría_80uA_45s

3,5 0,00009 Tensión medida

Corriente aplicada

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Tiempo (segundos)

0,00008 3

2,5 0,00007

0,00006

0,00005

Tens

ión

(V)

1,5 0,00003

1 0,00002

0,00001

Cor

rient

e (A

)

2 0,00004

0,5 0

0 -0,00001

Figura 12. Conmutación de un dispositivo 0,006PVP de la primera tanda (ver informe de dispositivos del 15 de noviembre) a corriente constante (línea roja discontinua, 45s en 80µA y 45 s en 0A) y potencial que

cae en el mismo a lo largo del tiempo.

Para poder apreciar mejor la subida inicial del potencial, se representa de nuevo el inicio de la conmutación pero en escala logarítmica en la Figura 13. De este modo se pueden observar claramente esos dos tramos comentados, con dos tendencias claramente diferentes (obsérvese la curvatura de cada una). Un primer tramo hasta 1.84V y un cambio de tendencia posterior subiendo a 2.24V. Estos dos pueden ser los potenciales de reacción buscados para este dispositivo. Sin embargo, aplicando 1.84V al dispositivo no se aprecia ninguna coloración, y sí al aplicar 2.4V. Ello parece indicar que es la segunda reacción, si existe, la responsable de la coloración.

Tens

ión

(V)

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0 0,001 0,01 0,1 1 10 100

Tiempo (segundos)

Tensión medida

Figura 13. Ampliación logarítmica del primer tramo de la Figura 5. Los resultados para los dispositivos 0,07Tf2N siguen conclusiones similares.

g.3.3) Impedancia

La medida de impedancia eléctrica en un barrido de frecuencias permite obtener la oposición al paso de la corriente en cada una de ellas. La representación de un diagrama de Bode (módulo y fase de la impedancia en función de la frecuencia) o de Nyquist (parte imaginaria en función de la real) permiten una visualización inmediata. Se muestra en la Figura 14 el resultado para los dispositivos usados.

(a) (b) Figura 14. Medida de impedancia para el dispositivo 0,07Tf2N de 23 de noviembre. (a) Diagrama de

Bode. (b) Diagrama de Nyquist.

El comportamiento del dispositivo es claramente resistivo en frecuencias altas, pero lejos de las de trabajo. A este respecto, lo que permiten estas medidas es realizar un estudio del circuito equivalente que podríamos aplicar, es decir, qué circuito podría tener el mismo efecto que el dispositivo. Así, sería factible simular toda la respuesta de

un circuito completo, con driver electrónico incluido, y optimizar las señales de entrada, las frecuencias, y los consumos. La impedancia de los dispositivos (según el diagrama de Nyquist) muestra una tendencia similar a la de una célula de Randles, aunque con un comportamiento en bajas frecuencias fuertemente dependiente de la tensión aplicada, y que es simulable con una impedancia de fase constante, elemento que describe las inhomogeneidades en las intercaras entre capas, tan propias de estos dispositivos (ver Figura 15).

Componente Valor Error (%) Rs 126,1 0,25 C1 17,8 µF 1,03

CPE1-T 42,7 µs 0,40 CPE1-P 0,74 0,26

Figura 15. Medida de impedancia para el dispositivo 0,07Tf2N de 23 de noviembre. Los parámetros que aparecen son los del mejor ajuste por mínimos cuadrados con respecto a los presentados en la Figura 14,

a 0V y para frecuencias de hasta 100 Hz (χ2 = 0,00012 en el ajuste). 1Una impedancia de fase constante se define como: CPE = .

(Tω)P

T es una constante de tiempo y P un exponente. Si P=1, el elemento se convierte en un condensador. Aquí sustituye, en la célula de Randles habitual, a la resistencia de transferencia de carga

Como no pudo realizarse el driver final del prototipo del usuario, todo este estudio de impedancia no ha sido aplicado en el prototipo clínico realizado. No obstante, podemos concluir que este estudio ha derivado en un protocolo de optimización de diseño de drivers para cada tipo de dispositivo que pueda generar CIDETEC en el futuro, de cara a nuevos filtros con aplicación en baja visión.

g.4) Driver Electrónico

g.4.1) Requerimiento eléctrico de los dispositivos.

Por resumir lo visto hasta ahora, las muestras de las que se disponen funcionan de la siguiente manera: aplicando un potencial de cero voltios su superficie tiene un color amarillento y al aumentar el potencial a 2.4 voltios cambia progresivamente el color hasta alcanzar un tono rosado.

Algunas de las propiedades eléctricas que pueden tener los cristales electrocrómicos y que se tienen en cuenta en el diseño son:

� Al estar en proceso de desarrollo es muy probable que las futuras muestras tengan un potencial de conmutación diferente a 2.4 voltios.

� Necesidad de un potencial diferencial de conmutación.

� Efecto memoria y por lo tanto no sea necesario aplicar un potencial constante al cristal.

Bajo estas premisas, se pretendía desarrollar un driver flexible y adaptable, debido a que, dependiendo del tipo de problema de visión que presente el paciente los cristales electrocrómicos pueden tener diferentes características eléctricas entre ellos.

g.4.2) Características que debe tener el driver según objetivos iniciales.

Con todo esto se pretende que el usuario que tenga problemas de visión y que vaya a utilizar este dispositivo mejore su calidad de vida, por lo que las características mecánicas con las que va a contar el dispositivo final serán acrodes con el Diseño Para Todos y la accesibilidad:

� Para que el usuario tenga una movilidad total, se alimentará el dispositivo final por medio de unas pilas o baterías (prototipo de usuario).

� El circuito deberá tener un consumo reducido para que el sistema se pueda utilizar el máximo tiempo posible y el transporte de la pila o batería no suponga un esfuerzo debido a su peso.

� Se pretende que las gafas tengan una apariencia normal y que el usuario no se vea incomodado por los dispositivos que puedan llevar las gafas, por lo que se van a utilizar componentes de tamaño reducido (SMD) para que se pueda integrar toda la implementación electrónica final en la montura de unas gafas.

� El usuario tendrá control del nivel de transmisión de los cristales mediante un potenciómetro con desplazamiento lineal (el más simple de variar).

� El sistema tendrá que indicar el estado de la batería por medio de un zumbador, ya que el usuario que utilice este sistema podría tener baja visión, haciendo que las gafas comiencen a vibrar en caso de que las baterías estén empezando a rebajar los límites de descarga.

g.4.3) Estado actual del dispositivo

El sistema diseñado está aún lejos del driver que se desea desarrollar, aunque cumple con las especificaciones eléctricas para conmutar los cristales electrocrómicos de los que se dispone en estos momentos, y con las especificaciones ergonómicas y de manejo para los usuarios reales del prototipo, es decir, los profesionales oftalmológicos que realizarán las pruebas clínicas.

El diagrama de bloques de la Figura 16 muestra un diagrama funcional del sistema desarrollado.

Figura 16. Sistema electrónico diseñado.

El dispositivo contiene un microcontrolador que ejecuta un programa almacenado en la memoria. El microcontrolador en todo momento y gracias a un conversor A/D lee el nivel de transmisión seleccionado desde el potenciómetro. Dependiendo del nivel de transmisión que se desea, el microcontrolador genera una señal cuadrada con un determinado ancho de pulso, modulable (señal PWM). A través de un filtro se obtiene el valor medio de la señal PWM y para que no haya ningún efecto de carga entre el circuito y los cristales electrocrómicos la señal pasa por un buffer.

Una batería o pila puede variar su tensión en función del tiempo de uso por lo que por medio de un regulador se proporciona una tensión de alimentación constante al microcontrolador.

Debido a que se va a utilizar el primer prototipo en IOBA para realizar pruebas en pacientes (“prototipo clínico”), el dispositivo se ha tenido que adaptar para que sea más práctica su utilización. Las modificaciones respecto al diagrama de bloques anterior son:

� De momento no se han utilizado componentes de reducidas dimensiones por lo que para evitar el contacto por accidente del usuario con los componentes electrónicos estos se han introducido en una caja.

� Para no tener que estar cambiando las baterías periódicamente se ha diseñado un conversor AC/DC y se ha introducido en la caja, de esta manera toda la electrónica se alimenta por medio de la red eléctrica.

g.4.4) Descripción de la caja.

La caja del prototipo clínico externamente cuenta con cuatro cables que están conectados directamente a los cristales electrocrómicos, dos de ellos se utilizan para excitar al cristal derecho y los otros dos al izquierdo. La transmisión se controla linealmente a través de un potenciómetro ubicado en el centro de uno de los laterales de la caja.

La caja de control es un simple receptáculo de toda la electrónica asociada. En su interior, la electrónica ocupa una tarjeta de unos 5x5 cm. El tamaño de la caja es grande

porque en esta versión, lejos de las posibilidades de alimentación portátil que implementaremos de cara al usuario final, hemos decidido utilizar un pequeño transformador de corriente alterna a continua, a fin de adaptar la señal de red con un enchufe común a nuestro circuito integrado. El circuito está preparado para funcionar a 9V, con lo que una simple pila o una batería de tres pilas AAA comunes bastarán para alimentarlo. Como se pretende usar el circuito de manera continua para las pruebas clínicas, y como las pruebas implican 35 minutos de conmutación constante, para eliminar el gasto en baterías y el engorro del reemplazado para los monitores de las pruebas, se ha adoptado esta solución de alimentación.

Figura 17. Caja de control para el profesional clínico usuario.

En la Figura 17 se detalla la caja de control. De cara al profesional clínico usuario, se aprecia el cable de red, que directamente se une a la caja, los dos cables de alimentación del electrocrómico 1 (rojo y negro para distinguir el terminal activo y el de referencia, respectivamente), y los del electrocrómico 2. Finalmente, un mando giratorio intermedio sirve para modular la tensión aplicada al dispositivo, de cara a una coloración controlable, según las pruebas ópticas anteriormente descritas. Tensiones lineales pueden llegar a suponer coloraciones similarmente lineales, aunque se necesitarán mejores versiones de filtros electrocrómicos para lograrlas.

g.4.5) Ampliaciones a realizar en el futuro.

Una vez se ha visto que el primer prototipo está operativo y funcionando con las muestras de las que se disponen, un importante avance en este proyecto consiste en que el sistema se adapte a cualquier tipo de cristal electrocrómico independientemente del tipo de excitación necesaria.

El diagrama de bloques a desarrollar se muestra en la Figura 17:

Figura 17. Sistema electrónico con mejoras.

Desde el bloque “tensión diferencial” y a partir de una tensión positiva proveniente de la batería se obtiene una tensión diferencial. Esta tensión es controlada por el usuario por medio de un potenciómetro externo. Los dos niveles de tensión que salen del bloque “tensión diferencial”, junto con una salida de alta impedancia, van a parar a la entrada del bloque “Mux” que es un multiplexor analógico controlado por un microcontrolador. Éste, dependiendo del cristal electrocrómico que se utilice, es el encargado de seleccionar el potencial óptimo. Por último, para evitar que no haya ningún efecto de carga en los cristales electrocrómicos la salida del multiplexor antes de llegar a las gafas pasa por un buffer.

g.5) Prototipo de Sistema de Control

El prototipo que ha generado el GDAF tiene dos partes: la caja de control descrita, y una montura donde se encajan los dispositivos. Vemos ambas partes en la Figura 18.

Figura 18. Prototipo del GDAF recibido en el IOBA.

Desde el GDAF se ha decidido adoptar una doble estrategia:

• De cara a los interfaces con el usuario y a la ergonomía del producto, se ha decidido esperar a tener una versión correcta de los electrocrómicos, una vez probados, para poder adaptarlos completamente a ellos.

• De cara a la electrónica de control, exceptuando el hecho de que todos los circuitos integrados usados pueden ser escalados a un tamaño mucho menor que el actual (dispositivos de montaje superficial, o SMD), así como la placa de soporte de dicha electrónica, se ha usado una electrónica sencilla y muy fácilmente regulable, pero adaptada al uso del profesional óptico que tenga que realizar la batería de pruebas clínicas a los pacientes. En cualquier caso, como hemos visto, el programa electrónico implementado en el microcontrolador está sobredimensionado respecto a este hecho: permite a estas alturas modificar la estrategia de conmutación (de todo/nada a una señal cuadrada controlada, modulada en frecuencia o amplitud) o los niveles de la misma. Para ello, basta programar el microcontrolador, y con una interfaz sencilla más, podrá realizarse sin cambiar la caja. En el futuro, ello quiere decir programar las gafas para el usuario sin desmontarlas.

Ya se ha hablado de la caja de control. La parte de la montura puede mejorarse evidentemente desde el punto de vista ergonómico (ver Figura 19). Para el GDAF,

desde el punto de vista electrónico, no hay ningún problema en buscar mejoras ergonómicas: los contactos pueden adaptarse bien a la montura que tenemos, hemos decidido dejar cuatro pinzas de cocodrilo para minimizar el problema de la implementación de cara a las pruebas: es mucho más fácil usar los cocodrilos que un sistema de contactos cuando se tienen que colocar treinta y seis parejas de dispositivos electrocrómicos, una para cada paciente, como se pretende en las pruebas clínicas. Asimismo, los cables pueden ir unidos a las patillas y no necesitan ser tan gruesos como los usados aquí. No obstante, ni cables ni contactos molestan al manejar las gafas para ponerse o quitarse, almacenar, etc. Y por supuesto, no molestan al ver a su través.

Pero la Figura 19 muestra los dos problemas fundamentales que restan por resolver en los dispositivos antes que mejorar la ergonomía del producto:

• Los estados claro y oscuro de un dispositivo ya conmutado (el de la derecha de la figura) no ofrecen diferencias.

• Ninguno de los estados tiene la calidad óptica suficiente. En la imagen borrosa del ojo de la persona que usa las gafas podemos ver un atisbo de lo que ella está viendo: una imagen borrosa, difusa, provocada por el excesivo scattering del dispositivo. Deberá cambiarse el color pero mejorando la agudeza visual para el paciente.

(a)

(b) Figura 19. Zona de los dispositivos. (a): conmutados a 2.4V. (b): estado claro.

Concluimos que:

• El prototipo está preparado para realizar las pruebas clínicas.

• Los dispositivos deben aún mejorarse.

• La transformación del prototipo en unas gafas adaptadas para el usuario final, el paciente, será sencilla: desde el punto de vista electrónico, no tendremos que modificar ni el diseño ni el programa usado en el microcontrolador. Sólo reescalar los componentes usados. Desde el punto de vista ergonómico, cables, baterías y contactos permitirán el uso de las gafas con una apariencia muy normal, con cables similares a los cordones que a veces se usan para sujetar a las

patillas, y con una cajita de control que cabrá en el bolsillo de una camisa. El usuario, para variar la transmitancia de los dispositivos, podrá usar dicha cajita o bien un potenciómetro lineal (cuya fotografía aparece en la Figura 16) acoplado a la patilla de la montura.

h) CONCLUSIONES - Subproyecto 1: IOBA: 1.-Los prototipos fabricados carecían de la calidad óptica suficiente para poder ser utilizados en ensayo clínico con pacientes con patologías por ello se probaron en sujetos sanos.

2.-Las medidas realizadas carecen de reproducibilidad debido a la poca uniformidad de los filtros (no siempre se usaba la misma zona durante la misma exploración) y a que en un mismo sujeto había que usar más de un filtro por lo que las condiciones variaban incluso en la realización de un mismo test.

3.-El principal punto de mejora de los prototipos debe ser aumentar la transparencia de la emulsión electrocrómica utilizada y homogeneizar el color en toda su superficie para poder realizar las pruebas clínicas de manera fiable. También será crucial eliminar las aberraciones ópticas que se producen por la irregularidad de las superficies. Pensamos que todos estos problemas tienen solución y debemos seguir trabajando en esta línea para resolverlos y conseguir un prototipo que funcione más adecuadamente para el uso que queremos darle.

- Subproyecto 2: CIDETEC:

Durante el presente proyecto se han preparado dispositivos electrocrómicos con cambio entre amarillo y rosa. En un primer momento se observó que los dispositivos carecían de efecto memoria y que incluso no mantenían su coloración al aplicar un potencial de forma continua. La formulación electroactiva del dispositivo se modificó en varias ocasiones para mejorar las limitaciones. Al final se obtuvo un dispositivo que podía ser evaluado en su estado amarillo y rosa, sin embargo la transparencia no era idónea para uso en filtros. La conclusión final es la continuación de este proyecto dentro de otro marco para conseguir la transparencia adecuada.


Como conclusiones, hacemos un resumen de resultados referidos a los métodos y las tareas previstos. Debe recordarse que, debido al recorte sobre el presupuesto inicialmente previsto, se decidió conseguir un solo prototipo, aunque hubo de terminarse con el usado para las pruebas clínicas, a la vista de los resultados de calidad óptica de los dispositivos.

M2. Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos (CIDETEC y GDAF). T.2.2 Diseño, fabricación y adecuación de la montura Se ha llevado a cabo un diseño rudimentario inicial, sacrificando la ergonomía por la facilidad de uso por parte del profesional clínico que realizará los tests. No será difícil pasar a implementar un prototipo orientado al usuario, mediante el escalado de componentes electrónicos.T.2.4 Diseño del controlador electrónico que permitirá el uso de los dispositivos. Esta tarea se completó satisfactoriamente, llevándola a cabo hasta su punto final, pues se ha dejado el controlador electrónico preparado para actuar independientemente de: - si el usuario es personal clínico en test o si es el usuario final, - si el EC cambia sus características temporales o de tensión.

Para ello se usó el circuito equivalente obtenido en tareas anteriores para diseñar el circuito electrónico de control. Posteriormente se eligieron los componentes que usados en el circuito de control, simulándose las partes de transducción de señales de los fotodiodos, entradas al microcontrolador y salidas de éste utilizando herramientas tipo Spice. Se desarrolló el programa de control del microcontrolador usado. Se procedió al montaje en placa de pruebas y verificación del funcionamiento mediante ensayos en laboratorio, para el prototipo clínico. El diseño e implementación del circuito de alimentación del sistema y el diseño electrónico asistido por ordenador para obtener los fotolitos de la placa final fueron las últimas realizaciones.

T.2.5 Implementación del circuito. La fabricación de la placa del controlador seguido del ensamblaje del driver en una caja de control y desarrollo de los mandos para el mismo fue realizada como se ha descrito.

M3. Caracterización de los dispositivos. (UCIII-GDAF) T.3.1 Verificación de especificaciones y de usabilidad. El mayor problema encontrado ha sido precisamente en este punto, ya que estudiando las características ópticas (formas espectrales de la transmitancias y contrastes obtenidos en los distintos estados de operación de los dispositivos) no se encontró un filtro que se acerque lo suficiente al esperado, y aunque los mejores se aproximan desde el punto de vista de transmitancia espectral y de rango de variación, no son suficientemente buenos en la calidad óptica. T.3.2 Desarrollo de hojas de características y documentación.

Debido a la no consecución de un dispositivo EC se aplazó la preparación de la documentación del dispositivo y orientación de triple nivel de la misma: hacia los profesionales de la electrónica que puedan desarrollar nuevos dispositivos, hacia los profesionales de la oftalmología susceptibles de prescribir el dispositivo, y hacia los pacientes de Baja Visión que lo utilizarán. Fue ésta última la única que se desarrolló convenientemente, de cara al prototipo clínico obtenido.

Cuantificación de consecución:

Tarea realizada Grado de consecución M2. Ensamblaje de dispositivos electrocrómicos (CIDETEC y GDAF).

T.2.2 Diseño, fabricación y adecuación de la montura 75 % T.2.4 Diseño del controlador electrónico que permitirá el uso de los dispositivos.

100 %

T.2.5 Implementación del circuito. 80 % M3. Caracterización de los dispositivos.

T.3.1 Verificación de especificaciones y de usabilidad. 100 % T.3.2 Desarrollo de hojas de características y documentación. 40 %

· para ello se propone un proyecto de investigación coordinado y multidisciplinar, en el que...

Documents