Diseño y construcción de un microchip para incubar células bacterianas dentro de microgotas

Nombre del Proyecto:         Diseño y construcción de un microchip para incubar células bacterianas dentro de microgotas.

Alumno:                                Arturo Romero García.

Número de cuenta:                         305317124

e-mail:                                iq@comunidad.unam.mx        tel: 54213715

Investigador Responsable:                 Dr. Luis Fernando Olguín Contreras

e-mail:                                        olguin.lf@gmail.com                tel: 56223523

Dirección:        Laboratorio 102 1er piso Edificio B, Facultad de Química, Ciudad Universitaria, México D. F.

Antecedentes:

La microfluídica se dedica al estudio de líquidos confinados en canales muy pequeños, normalmente en el rango de decenas a cientos de micras y con volúmenes que van de los pico a los nanolitros.[1] Para poder manipular volúmenes tan pequeños, la ciencia de los microfluídos se sirve de microdispositivos o microchips, que pueden incluir canales, filtros, válvulas, bombas peristálticas y electrosmóticas, columnas de separación, electrodos y reactores micrométricos.[2] Las ventajas que tiene el uso de volúmenes tan pequeños no solo incluyen la reducción en el gasto de reactivos y en los costos de operación, sino también en la capacidad de controlar mejor y procesar a una velocidad superior una mayor cantidad de muestras.[3] Por otro lado, ciertas técnicas espectroscópicas como la fluorescencia pueden tener mejor desempeño y sensibilidad en sistemas miniaturizados en comparación con los instrumentos macroscópicos.[3, 4]

Para llevar a cabo un gran número de experimentos individuales con volúmenes muy reducidos y en un corto tiempo dentro de los microchips, es posible utilizar microgotas. Esta tecnología se basa en la manipulación precisa de dos líquidos inmiscibles (agua y aceite) confinados en microcanales (~10 a 400 µm) que al intersectar el uno con el otro y en presencia de un surfactante, forman una emulsión con microgotas sumamente homogéneas (dispersión menor al 4%) y de un volumen definido (entre 10-15 a 10-9 litros).[5] Las gotas son útiles para llevar a cabo ensayos bioquímicos, pues permiten desplazar reactivos o productos a través de los microcanales sin causar dispersión, permitiendo analizar la composición dentro de las gotas a distintos tiempos. Además, utilizando un mínimo de reactivos, permiten mezclar y analizar distintas concentraciones de reactivos a una muy alta velocidad (hasta 104 gotas por segundo).[6] Estas características las hacen idóneas para efectuar escrutinios de alta capacidad, por ejemplo en cristalización de proteínas,[7] cinéticas enzimáticas[8] y ensayos celulares[9] entre otros.

Objetivos:

En este proyecto el alumno aprenderá algunas técnicas de diseño y microfabricación que le permitan construir microchips de microfluídica capaces de encapsular células bacterianas en microgotas. Además, el microchip deberá de poder mantener en incubación las microgotas por tiempos de 15 a 60 minutos para el posterior análisis de viabilidad de las células bacterianas dentro del microchip.

Metodología de trabajo:

Fabricación de microchips para generar microgotas. Los microchips se diseñarán por computadora utilizando softwares comerciales como Autocad o Adobe Illustrator. Serán después construidos utilizando técnicas de litografía suave con el polímero polidimetilsiloxano[10] en el laboratorio 102 de la Facultad de Química (UNAM). Esta técnica permite crear y probar rápidamente los prototipos de microchips. Los líquidos serán introducidos al dispositivo por medio de jeringas accionadas por bombas de presión especiales para ello disponibles en el laboratorio. La fabricación de los moldes para los microchips se realizará en el laboratorio de Fotónica de Microondas del Dr. Naser Quershi en el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo de Tecnología de la UNAM.

Determinación del tiempo de incubación y estabilidad de las microgotas dentro del microchip. Para cada uno de los diseños de microchips se evaluará su funcionalidad para generar microgotas de agua en aceite en diferentes rangos de flujo, así como su capacidad para almacenar de manera ordenada cientos de microgotas por tiempos entre 15 y 60 minutos de manera estable.

Análisis de la viabilidad celular dentro de las microgotas en el microchip. Se realizarán ensayos de viabilidad bacteriana (saber si las células están vivas o muertas) utilizando el microchip que mejor desempeño tenga en el punto anterior. Para ello se utilizarán cultivos de cepas inocuas de la bacteria E. coli (BL21, por ejemplo) los cuales serán introducidos en los microchips junto con los reactivos de un kit para detectar si las células sobreviven o no.

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