Principios de análisis instrumental

842 Capítulo 33 Métodos automatizados de análisis ((( Reactivo 1 Bomba Serpentín de retención ~o Reactivo 2 FIGURA 33.12 Aparato para la inyección sucesiva basado en una bomba de jeringa bidireccional y una válvula selectora de seis puertos. Esta última está equipada con un canal de comunicación central (CC), el cual atiende a cualquiera de los puertos, y una línea de comunicación (LC) conectada a un serpentín de retención y a la bomba. Cuando el canal de comunicación se dirige a varios puertos, las zonas de la muestra y del reactivo son arrastradas en forma sucesiva al serpentín de retención y acumuladas una después de la otra. Al cambiar el canal de comunica– ción a la posición 5 se tiene que los segmentos fluyen por el reactor hacia el detector (D). Durante este flujo, los segmentos sufren dispersión, mezcla parcial y reacción química. automatización de procedimientos paralelos y el incremento de los análisis que se efectúan por día. Ha habido varios enfoques para organizar el concepto del laboratorio en un microcircuito. En el más exitoso se usa la misma técnica de fotolitografía que se aplica en la preparación de circuitos integrados electrónicos. Esta tecnología es utilizada para producir válvulas, sistemas de propulsión y cámaras de reacción que se necesitan para efectuar los análisis químicos. El perfeccionamiento de dispositivos de microfluidos es un campo de investigación activo que requiere de científicos e ingenieros de los laboratorios académicos e indu– striales.9 Al principio, los canales de microfluidos y los mezcladores se acoplaron con sistemas y válvulas tradicionales de propulsión de fluidos a macroescala. La reducción de las dimensiones de los canales para el flujo de fluidos representó una gran promesa, pero no se consiguió la ventaja del bajo consumo de reactivos ni la automatización completa. No obstante, en los adelantos más recien– tes se usan sistemas monolíticos en los cuales los sistemas de pro– pulsión, los mezcladores, los canales de flujo y las válvulas están juntos en una sola estructura. 10 Se han investigado varios sistemas de propulsión de fluidos para los sistemas de microfluidos, como la electroósmosis (véase el capítulo 30), bombas mecánicas microfabricadas e hidrogeles que simulan los músculos del cuerpo humano. Se han puesto en marcha técnicas de inyección en flujo, así como métodos de sepa– ración como la cromatografía líquida (capítulo 28), la electrofore– sis capilar y la cromatografía electrocinética de micelas (capítulo 30). La configuración de una microestructura que es usada en el análisis por inyección en flujo, se construye con una unidad 9 Véase N. A. Polson y M. A. Hayes, Anal. Chem., 2001, 73, p. 312A, DOI: 10.1021/ ac0124585. 10 A. M. Leach, A. R. Wheeler y R. N. Zare, Anal. Chem., 2003, 75, p. 967, DO!: 10.1021/ac0261121. monolítica que está hecha de dos capas de polidimetilsiloxano enlazadas de manera permanente. Los canales de fluido miden lOO 11m de ancho por 10 11m de profundidad. El dispositivo com– pleto mide tan sólo 2.0 cm por 2.0. Una cubierta de vidrio permite ver los canales por medio de la fluorescencia causada por un rayo láser de ion argón. La mezcla en la mayoría de los sistemas de microfluidos llega a ser problemática. La mezcla lenta y la dispersión significativa a causa del flujo laminar ha obstaculizado su uso en muchas apli– caciones, incluidas las que involucran mediciones cinéticas. En un interesante enfoque para resolver estos problemas, los bolos acuosos de disolución son segmentados mediante un fluido orgánico inmiscible (perfluorodecalina) para eliminar la disper– sión. 11 Entonces, la mezcla se obtiene por medio de un proceso que se conoce como advección caótica. Se pueden lograr tiempos de mezcla en milisegundos con un sistema que se basa en gotitas. En la figura 33.13 se compara el sistema de flujo laminar común y el sistema basado en goteo para una reacción entre dos reactivos. Este tipo de sistema segmentado puede usarse en la determina– ción de enzimas, de sustrato y para estudios de cristalización de proteínas 12 y adsorción. 13 Inclusive, las gotas se han organizado en arreglos en bi y tridimensionales para llevar a cabo operaciones multiplexadas y con resolución temporal. 14 En la actualidad varias compañías comercializan los analiza– dores de laboratorio en un microcircuito. Uno de ellos permite 11 H. Song y R. F. lsmagilov,]. Am. Chem. Soc., 2003, 125, p. 146!3, DOI: 10.1021/ ja0354566. 12 B. Zheng, ). D. Tice y R. F. lsmagilov, Anal. Chem. , 2004, 76, p. 4977, DOI: 10.1021/ac0495743. 13 L. S. Roach, H. Song y R. F. Ismagilov, Anal. Chem. , 2005, 77, p. 785, DO!: 10.1021/ac049061 w. "R. R. Pompano, W. Liu, W. Du y R. F. Ismagilov, Annu. Rev. Anal. Chem., 20ll, 4, p. 59, DOI: IO.ll46/annurev.anchem.012809.102303.