Principios de análisis instrumental

674 Capítulo 25 Voltametría ((( 3 600 Ca2+ 2 500 1-- B H+ e <( ·6 400 1-- ,¡ o K+ ·~ ü o o .g 300 f- :> ., 8 "' ti: -1 ., ·¡;; 200 f- ¡} o -2 -1 lOO f- -3 o 1 o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 Tiempo, ms Frecuencia, Hz X I0-3 a) b) FIGURA IA4.4 a) Salida en el dominio del tiempo del LAPS para una solución que contiene K+, Ca2+ y W. Se tomaron muestras de la señal a 100 kHz y la señal en el dominio del tiempo contenía 1024 puntos. b) Transformación de Fourier de la señal en a). (Adaptación de Y. Wu y et al. , Biosens. Bioelectron., 2001, 16, p. 277. Con autorización .) Aunque las tres áreas del LAPS se pueden atender en forma sucesiva, también se pueden dirigir de manera simultánea mediante las configuraciones que se observan en la figura IA4.2. En este esquema, los tres diodos emisores corresponden a K+, Ca2+ y H+ y son modulados independientemente por una señal generadora con tres frecuencias de salida: 3 kHz, 3.5 kHz y 4kHz. La concentración de información para cada una de las especies se codifica en una de estos componentes de frecuencia. Por ejem– plo, el K+ se codifica a 3 kHz, el Ca 2 + se codifica a 3.5 kHz y el H+ se codifica a 4 kHz. La señal a la salida del potenciostato para la solución conteniendo las tres especies se muestra en la figura IA4.4a. Esta onda compleja después se somete a una transforma– ción de Fomier y a un filtrado digital (véase la sección 5C.2) para producir el espectro de frecuencias en la figura IA4.4b. Después, la amplitud de la señal para cada especie se toma del espectro, y su transformada inversa genera una medida de la concentración de la especie seleccionada. A una velocidad de adquisición de datos de 100kHz, cada señal de 1024 puntos de dominio de tiempo, se adquiere en cerca de 1Oms. Para los experimentos en los cuales las concentraciones de las tres especies se monitorean como fun– ción del tiempo, las señales del dominio del tiempo se adquieren y almacenan en el disco duro de una computadora para un análisis subsecuente y el trazo de la gráfica de los resultados. El sistema del LAPS, que se explicó en los párrafos anteriores, se puede aplicar en el estudio de los efectos de los fármacos en las células vivas colocadas directamente en el sensor, como se puede ver en la figura IA4.2. Las células se pueden exponer a diver– sos tipos de fármacos, y las respuestas fisiológicas de las células se pueden comparar. Se piensa que los fármacos que producen respuestas fisiológicas similares operan por mecanismos simi– lares. Por ejemplo, el Dinlantin produce respuestas fisiológicas sobre los tres iones monitoreados, poco similares a las del feno– barbital cuando estos fármacos se administran a células cardiacas de rata, lo que sugiere que estos dos fármacos activan mecanismos bioquímicos diferentes. Tal vez la aplicación más interesante del microfisiómetro es su papel en los biosensores. En la sección 23F.2, se describió el acoplamiento de materiales biológicos a los sensores potenciomé– tricos para producir sensores altamente sensibles y selectivos, y en la sección 25C.4 se analizaron combinaciones similares con sen– sores voltamétricos y amperométricos. Las células responden de manera selectiva y característica a muchos analitos importantes. Al escoger células que son selectivas a una sustancia deseada y unirlas química o físicamente a la superficie de un microfisióme– tro, se pueden generar una gran variedad de señales, que se pue– den monitorear e interpretar para determinar la concentración de un analito. 4 La evolución del microfi siómetro En la medidad en la que las técnicas de fabricación a pequeña escala han mejorado en años recientes, también han mejorado las implementaciones del microfisiómetro. En la actualidad con las impresoras tridimensionales de alta resolución, es p·osible emplear una diversidad de sustancias desde polímeros a materia– les biológicos complejos usando equipo y técnicas de impresión de inyección de tinta. Materiales caros o raros como las enzimas, las proteínas o incluso las células pueden depositarse de manera precisa en cantidades de picolitros sobre muchos tipos de sustra– tos incluyendo semiconductores y electrodos metálicos. Células vivas pueden colocarse en superficies usando tecnología de inyec- 4 Q. Liu etal., Chem. Rev., 2014,114, p. 6423, DOI: l0.102l/cr2003129.