Principios de análisis instrumental

})) Análisis instrumenta l en acción 673 Medio de cultivo LAPS Células Ionóforos FIGURA IA4.2 Esquema del sistema basado en el LAPS para supervisar cambios en las con– centraciones ext racelulares de H+, Ca 2 + y K+ en estudios de los efectos de los fármacos en las células vivas. REelectrodo de referencia, CE electrodo auxiliar, WEelectrodo de t rabajo, PC computadora personal, D/Aconvertidor de señales digitales en analógicas. (Adaptación de Y. Wu et al. , Biosens. Bioelectron., 2001, 16, p. 277. Con autorización.) Por ejemplo, cuando los receptores unidos a la membrana se enlazan a los ligandos adecuados, procesos metabólicos como la respiración o la glucólisis son estimulados para producir pro– ductos de desecho ácidos en el interior de la célula. Los protones se intercambian con iones sodio y, como resultado, el ion bicar– bonato y el ion cloruro se intercambian en la membrana celu– lar. Estos procesos ocasionan una disminución en el pH de la solución que rodea a la célula. El microfisiómetro con sensores potenciométricos fotodireccionables se utiliza para supervisar dichos cambios de pH y también puede medir las variaciones en la concentración de otras especies iónicas importantes. ¿Cómo funciona el sistema? Según se describe en la sección 23F.2, el sensor potenciométrico fotodireccionable (LAPS, por sus siglas en inglés) es un disposi– tivo semiconductor sensible al pH. Cuando la luz choca contra su superficie, la cual se mantiene a un cierto voltaje de polariza– ción contra un electrodo de referencia, se produce una corriente fotoeléctrica que es proporcional al pH de la solución. En la figura IA4.2 se ilustran los elementos básicos de una instrumentación del microcircuito del LAPS diseñado para vigilar de manera simultánea las concentraciones de H+, Ca 2 + y K+. 3 Sin modificación, el microcircuito del LAPS es selectivo res– pecto al H+. Como se puede ver en la figura IA4.2, se utiliza un potenciostato para polarizar el microcircuito contra un electrodo de referencia. Cuando la luz procedente de uno de los diodos emi– sores de luz choca contra la superficie del microcircuito polari– zado, aparece una corriente fotoeléctrica entre el contraelectrodo y el electrodo de trabajo. El dispositivo del potenciostato que con– vierte corriente en voltaje produce un voltaje proporcional al pH que entonces pasa a un amplificador de cierre cuya salida se regis– tra mediante un osciloscopio digital. El osciloscopio está conec– tado a una computadora en la que se guarda la información y se manipula. La respuesta del LAPS ante cambios en el pH se mues– tra en la figura IA4.3. En el experimento que se muestra, el LAPS 3 Y. Wu et al. , Biosens. Bioelec tron. , 2001, 16, p. 277, DOI: 10.1016/ S0956-5663(01)00l38-5. estuvo expuesto a una solución amortiguadora, y la corriente fotoeléctrica se registró en función del voltaje polarizado; el expe– rimento se repitió con dos soluciones amortiguadoras distintas. La línea vertical indica un voltaje de polarización adecuado para medir los cambios en el pH a partir de las modificaciones en la corriente fotoeléctrica y en el voltaje resultante !J. V. El LAPS se vuelve selectivo respecto a otras especies aplicando ionóforos a distintas áreas de la superficie del dispositivo (véase la sección 23D.6). Entonces, los diodos emisores de luz se colocan frente a cada una de las zonas con ionóforos como se ilustra en la figura IA4.2 de modo que al activar en forma alternada cada una de las fuentes de luz se pueden registrar a su vez las corrientes fotoeléc– tricas que corresponden a cada una de las especies seleccionadas. Las curvas de respuesta como las de la figura IA4.3 se registran para cada uno de los ionóforos con el fin de calibrar el instru– mento para cada especie detectada. 3 2.5 2 61 o < 1.5 o g t -" < llV t 0.5 -1.5 -1 - 0.5 o 0.5 1.5 2 Voltaje de polarización, V FIGURA IA4.3 Respuesta del LAPS a Los cambios en el voltaje de polarización para dos soluciones amortiguadoras. ELcambio en el vol– taje de sa li da !Y.. V del sistema a un voltaje de polarización constante de 0.25 Ves proporciona l al cambio en el pH sobre La su perficie del SPF. (Adapt ación de Y. Wu et al., Biosens. Bioelectron., 2001, 16, p. 277. Con autorización.)