Comportamiento electrocinético de levaduras inducido por campos eléctricos no uniformes

Non-uniform electric field-induced yeast cell electrokinetic behavior

La dielectroforesis común (c-DEP), es decir, el movimiento de materia eléctricamente neutra inducido por campos eléctricos no uniformes, se ha convertido en un fenómeno fundamental dentro de los biochips dedicados a ensayos médicos, biológicos y químicos, especialmente cuando ellos implican la manipulación de biopartículas. El presente artículo describe el modelado y la verificación experimental de un arreglo de microelectrodos interdigitados, basado en c-DEP y destinado a manejar objetos biológicos. El microsistema propuesto se desarrolló empleando técnicas como lift-off para el grabado de electrodos de platino, micromecanizado de silicio y moldeado de resinas fotocurables. La verificación experimental se realizó utilizando Saccharomyces cerevisiae como biopartículas de prueba. Para frecuencias cercanas a 20 MHz se observó que las levaduras son repelidas hacia las bahías de los electrodos y hacia el espaciado interelectródico, donde el campo eléctrico es mínimo, lo cual corresponde al fenómeno de dielectroforesis negativa. Para frecuencias cercanas a 2 MHz se observó la aglomeración de levaduras en el borde de los electrodos, donde el campo eléctrico es máximo, verificando así el fenómeno de dielectroforesis positiva. Al reducir la frecuencia de operación, las biopartículas se desprenden del borde de los electrodos y son empujadas hacia el centro de los elec-trodos, permaneciendo allí mientras la frecuencia sea lo suficientemente baja. Este comportamiento atípico se puede explicar porque la dielectroforesis positiva se traslapa con los efectos electrohidrodinámicos, o sea que la fuerza de arrastre viscoso que actúa sobre las partículas es mayor que la fuerza dielectroforética, a frecuencias en donde la dielectroforesis positiva debería ocurrir. Los experimentos ilustran la conveniencia de los microsistemas como micromanipuladores de objetos biológicos, abriendo la posibilidad de utilizarlos con otro tipo de células. Adicionalmente, el movimiento del líquido, como resultado de efectos electro hidrodinámicos, debe ser tenido en cuenta cuando se diseñan micromanipuladores de biopartículas y podría ser utilizado como mecanismo para la limpieza de los electrodos.

Introducción 

Se ha invertido mucho esfuerzo en el desarrollo de nuevas microherramientas de manipulación de biopartículas que implican la fabricación de dispositivos cuyo tamaño se ajusta aproximadamente al de las biopartículas (siendo normalmente entre 1 y 100 μm o menos si hay que manipular virus o macromoléculas de ADN) (Talary et al., 1998; Figeys y Pinto, 2000; Dalton y Kaler, 2005; Wälti et al., 2007). Hoy en día, estas dimensiones y niveles de resolución pueden alcanzarse utilizando tecnologías de microsistemas.  Las ventajas de la miniaturización incluyen la reducción del volumen de la muestra y de los tiempos de ensayo, la reducción de costes por la producción en masa, la posibilidad de integrar múltiples funciones analíticas en el mismo chip y la minimización de problemas como el calentamiento de la solución debido a los voltajes aplicados (Fuhr y Shirley, 1998; Hoettges et al., 2003).