Nueva generación de sistemas microfluídicos de electroforesis portátiles y automáticos con detección electroquímica para análisis agroalimentario y clínico

Abstract

La miniaturización en química analítica ha constituido uno de los principales objetivos durante las últimas dos décadas; de forma que los sistemas para el análisis de muestras han presentado sucesivos cambios en los últimos años. Con el desarrollo de nuevas tecnologías de microfabricación ha sido posible reducir el tamaño de los analizadores, llegando a alcanzarse escalas de micro- e incluso nanómetros. El principal objetivo perseguido con el desarrollo de las plataformas sistemas µTAS, consiste en automatizar los procesos analíticos integrando en un único sistema diferentes etapas como: pre-tratamiento (filtración, extracción,...), mezcla, reacción, pre-concentración, separación y detección. Además, mediante el empleo de estos dispositivos se ha conseguido reducir el tiempo de análisis, el consumo de muestra, reactivos y formación de residuos. Otra de las ventajas de estos sistemas consiste en posibilidad de llevar a cabo múltiples ensayos en un mismo dispositivo, sin aumentar su complejidad, así como automatizar determinados procedimientos analíticos. Los Lab-on-a-Chip son considerados importantes herramientas analíticas en prácticamente todos los campos de aplicación. Sin embargo, antes de que un usuario final llegue a utilizar estos dispositivos, será necesario orientar esfuerzos al desarrollo de aplicaciones con muestras reales y complejas. Entre todos los microsistemas que se han desarrollado, los que más interés han suscitado en los últimos años son los microchips de electroforesis por su sencillez de fabricación, así como su facilidad de uso. Las principales ventajas de trabajar con estos dispositivos son la rapidez, versatilidad, portabilidad, reducción en el consumo de reactivos y producción de desechos; junto con la posibilidad de integrar diversas operaciones en un mismo dispositivo. Para su fabricación se han empleado diferentes materiales: vidrio cuarzo, polímeros, resinas, etc.; además es posible encontrar diseños muy variados de microchips, siendo el más sencillo el single-channel. Los microchips de electroforesis capilar requieren un sistema de detección muy sensible debido a las pequeñas dimensiones y volumen de la muestra, siendo la fluorescencia inducida por láser (LIF), el más usado. La detección electroquímica se ha planteado como una alternativa prometedora debido a su elevada sensibilidad, selectividad, facilidad de miniaturización y compatibilidad con las técnicas de microfabricación empleadas con los microchips. En concreto la detección amperométrica, es la técnica que más se ha usado hasta la fecha en combinación con estos microdispositivos. La CE y los MEs poseen un gran potencial en el sector clínico, medioambiental y agroalimentario. Estos dispositivos precisan el empleo de unas fuentes de alto voltaje, sistemas ópticos y circuitos que limitan la portabilidad del sistema final y, por tanto, alejan la posibilidad de lograr un verdadero LOC. El trabajo con microchips, hasta hace poco, ha llevado asociado el empleo de sistemas de dimensiones macro; sin embargo, en los últimos años, han ido surgiendo nuevos desarrollos de instrumentación miniaturizada. En este trabajo se ha descrito el desarrollo de diferentes partes de esta instrumentación en formato portátil así como nuevos diseños del sistema de detección electroquímico, basado en series de microelectrodos. Así se han desarrollado dos modelos de fuentes de alto voltaje manuales, dos encapsulados para microchips y finalmente dos sistemas totalmente portátiles y automáticos para el empleo de microchips de electroforesis capilar con detección electroquímica. El correcto funcionamiento de cada una de los sistemas mencionados anteriormente ha sido demostrado mediante el análisis de muestras de analitos modelos y por comparación con instrumentación similar disponible comercialmente. En el caso del HVStat e iHVStat, se ha llevado a cabo la optimización de una metodología para la separación de dos compuestos, determinando las condiciones óptimas experimentales y los distintos parámetros analíticos. Así, se ha visto que el mayor grado de integración del iHVStat (inserción del holder dentro de la unidad principal) no ha afectado para nada a su funcionamiento, resultado ambos sistema perfectamente válidos para su utilización con MEs. Finalmente, en este Tesis, se han propuesto dos metodologías para el análisis de muestras reales. La primera de ellas, para la determinación de compuestos antioxidantes en aceites de uso alimentario; y la segunda para la determinación de ácido úrico en muestra de orina. Para ello, se ha llevado a cabo la optimización de las condiciones experimentales y parámetros analíticos para finalmente llevar a cabo el análisis por adiciones estándar. El análisis de aceites en microchips, ha permitido la determinación de tirosol y oleuropeina en menos de 60 segundos. Además se ha propuesto un procedimiento de pre-tratamiento de muestra adaptando los volúmenes empleados a los requerimientos del microchips. Todo esto ha llevado a la obtención de una metodología rápida y barata. El análisis de ácido úrico ha sido posible en MEs con detección electroquímica de forma directa, sin necesidad de modificación del detector, gracias a la incorporación de la etapa previa de separación. En este trabo se ha demostrado el potencial de estos microdispositivos para eliminar posibles interferencias en la media. Además se ha demostrado la precisión y rapidez del método (120s).