Por Victor H. Perez-Gonzalez y Roberto C. Gallo-Villanueva
Las micropartículas están en todas partes: se encuentran suspendidas en el aire que respiramos, en la sangre que circula por nuestras venas, en nuestras lágrimas y saliva, en el agua de ríos y océanos, e incluso en lo que comemos.
Algunas son nocivas para el medio ambiente (como los microplásticos) o para la salud humana y animal (como ciertas bacterias o parásitos).
Como su nombre lo indica, son partículas diminutas, por lo que es todo un reto detectarlas, identificarlas y separarlas de una muestra. Su tamaño minúsculo y su baja concentración, en la mayoría de las muestras, hacen imposible detectarlas a simple vista.
Por tal motivo, es importante desarrollar tecnologías capaces de detectar su presencia. Afortunadamente, en la actualidad los campos eléctricos y la microfluídica pueden trabajar en conjunto para ayudarnos a enfrentar este desafío.
Microfluídica: qué es
Pensemos en una escena cotidiana. Estamos en el supermercado frente a una mesa con manzanas verdes, amarillas y rojas, y queremos escoger solo las manzanas rojas y grandes. Nos resulta fácil hacerlo porque nuestros ojos distinguen colores y tamaños, y nuestras manos seleccionan las piezas que buscamos.
Sin embargo, cuando hablamos de micropartículas tan pequeñas y diluidas que no podemos ver ni manipular directamente, la situación se complica.
Aquí es donde entra la microfluídica, una rama de la ciencia y la tecnología que trabaja con cantidades muy pequeñas de líquidos. Como las micropartículas pueden suspenderse en un líquido sin que éste deje de comportarse como tal, pueden manipularse dentro de un dispositivo microfluídico.
Cómo separar lo que no se puede ver
No obstante, el desafío es doble: distinguir un tipo de micropartícula de otro (como nuestros ojos distinguen manzanas de distintos colores y tamaños) y separarlas selectivamente como harían nuestras manos.
Afortunadamente, nuestros profesores de secundaria, tal vez sin saberlo, nos mostraron una solución hace años.
Todos hemos visto el experimento en el que alguien frota una regla de plástico contra su cabello y luego la acerca a pedacitos de papel. Algunos pedacitos, los más ligeros, son atraídos por la regla. Sabemos que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las de signos opuestos se atraen.
Como las hojas de papel de un cuaderno no se repelen entre sí, podemos suponer que no están cargadas eléctricamente. Entonces, ¿cómo es posible que la regla atraiga los pedacitos?
Lo hace gracias a fenómenos electrocinéticos que permiten mover y separar micropartículas, aprovechando su respuesta a campos eléctricos. Esto mismo se aprovecha en la microfluídica para distinguir distintos tipos de micropartículas dentro de líquidos.
Dispositivo microfluídico
En la investigación Enabling the characterization of the nonlinear electrokinetic properties of particles using low voltage se presenta un dispositivo microfluídico capaz de utilizar electricidad para caracterizar las propiedades electrocinéticas de las micropartículas [1].
Estas propiedades —como la movilidad electroforética lineal, la movilidad electroforética no lineal, la movilidad electroósmica y la movilidad dielectroforética— describen la manera en que diferentes micropartículas se mueven o reaccionan ante campos eléctricos.
Cada una funciona como una “etiqueta” distintiva, así como ocurre con el color o el tamaño del ejemplo de las manzanas, es decir, características que nos permiten identificarlas y separarlas dentro del líquido.
Al mismo tiempo, el dispositivo reconoce y retiene selectivamente las partículas de interés. Mientras el líquido sigue su curso de entrada a salida, las partículas no son arrastradas. Así, este dispositivo simula la capacidad de nuestros ojos para distinguir y la destreza de nuestras manos para seleccionar.
Aplicaciones presentes y futuras
Lo más relevante de este desarrollo es que tiene múltiples aplicaciones en biomedicina y biotecnología, ya que permite manipular ácidos nucleicos (ADN y ARN), proteínas, exosomas, bacterias, microalgas y parásitos, entre otros.
Aún queda mucho trabajo por hacer, pero esta tecnología nos acerca cada vez más al diseño de sensores portátiles para la detección rápida de patógenos y contaminantes en alimentos y agua, incluso también nos acerca al diseño de dispositivos portátiles para el diagnóstico temprano del cáncer.
Referencia
- de Los Santos-Ramirez, J. M., Mendiola-Escobedo, C. A., Cotera-Sarabia, J. M., Gallo-Villanueva, R. C., Martinez-Duarte, R., & Perez-Gonzalez, V. H. (2024). Enabling the characterization of the nonlinear electrokinetic properties of particles using low voltage. Analyst, 149(14), 3839-3849.
Autores
Víctor Hugo Pérez González. Es Doctor en Tecnologías de Información y Comunicaciones, del Tec de Monterrey. Actualmente es profesor investigador en el Grupo de Investigación y Enfoque Estratégico: Nanosensores y Dispositivos. Dirige el grupo de investigación de Ciencia de Interfaz y es miembro del Sistema Nacional de Investigadores.
Roberto Carlos Gallo Villanueva. Es profesor investigador del Grupo de Enfoque en Nanosensores y Dispositivos, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias, del Tec de Monterrey. Es doctor en Ciencias de Ingeniería con especialidad en Biotecnología. Su área de interés es los métodos electrocinéticos en microfluídica para aplicaciones biológicas y biomédicas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores.
