¿Qué es la electroforesis?

La electroforesis es la migración de proteínas, moléculas u otras partículas cargadas eléctricamente, disueltas o suspendidas en un electrolito a través del cual se pasa una corriente eléctrica.

Precauciones en la electroforesis

Los voltajes utilizados en electroforesis pueden proporcionar descargas eléctricas letales. El peligro se incrementa por el uso de soluciones acuosas reguladoras y la posibilidad de trabajar en ambientes húmedos.

A excepción de la fuente de poder, el equipo debe estar dentro de una caja metálica o en una caja de material aislante. La caja debe tener un aditamento que permita apagar la fuente de poder en caso de ser abierta.

Los cables de alto voltaje que unen la fuente de poder y el aparato deben ser de metal trenzado y protegido. Cubierto completamente la parte central aislada del conductor el cual debe estar aterrizado.

La base del aparato debe estar conectada a tierra de tal forma que cualquier escape de la solución electrolitos produzca un corto que desactive la fuente de energía.

Debido a los peligros potenciales asociados a la electroforesis, el personal del laboratorio que maneje esta técnica debe estar completamente familiarizado con el equipo y el proceso antes de aplicarlo.

Equipos para electroforesis

El aparato para electroforesis consiste de:

Fuente de poder adecuada que administre una corriente constante directa y aditamentos para indicar y controlar tanto el voltaje de suministro como el consumo de corriente, se puede adicionar un circuito que estabilice la salida de corriente (regulador de voltaje).

Ensamble electroforético con aditamentos especiales para soportar las placas electroforéticas. Para las electroforesis donde se utilice papel, gel de agar, gel de agarosa-almidón o acetato de celulosa como soporte electroforético, el ensamble consiste en un tanque con tapa de vidrio o de algún otro material que permita el cerrado hermético. El tanque contiene aditamentos de seguridad los cuales desconectan la fuente de energía cuando la tapa se quita, además dos dobles canales en cada extremo provistos de una parte divisoria central.

A lo largo del fondo de los compartimentos de cada doble canal se encuentra un electrodo de platino conectado por medio de cables aislados y sellados a las paredes del tanque, al cable externo conectado a la fuente de poder.

Los canales se llenan con la suficiente cantidad del  electrolito especificado en la monografía, para asegurar la inmersión completa de los electrodos.

El contacto entre el compartimiento interno y el externo de cada doble canal puede ser por medio de un puente  de papel electroforético o bien mediante pequeñas perforaciones de la parte central divisoria.

Para electroforesis en gel de agar y en gel de agarosa-almidón el tanque está diseñado para permitir cierta ventilación y evitar la condensación de la humedad o que la capa del medio sólido se seque.

Para electroforesis en gel de poliacrilamida el ensamble consiste en dos recipientes de polimetilmetacrilato para la solución reguladora, conteniendo cada uno un electrodo de platino. El recipiente superior está montado arriba verticalmente del inferior y su altura es ajustable. En su base, tiene una serie de soportes de hule equidistantes del electrodo.

Soporte electroforético

Para electroforesis en papel y en acetato de celulosa, el soporte electroforético es en forma de tiras sostenidas entre los canales sobre una superficie uniforme compuesta de puntos de contacto de plástico inerte o vidrio, espaciados para minimizar la difusión capilar de la solución de electrolitos.

Para electroforesis en gel de agar y de agarosa-almidón, el soporte electroforético es en forma de capa de gel de 6mm de grosor sobre una placa de vidrio la cual, se coloca sobre una placa cóncava metálica a través de la cual puede ser circulado un líquido congelante y la superficie superior de la cual esta sujeta para permitir un contacto íntimo con la placa de vidrio.

El soporte electroforético se conecta tanto directamente como indirectamente por medio de mechas de un material adecuado, al compartimiento de cada doble canal donde no contiene el electrodo.

Para electroforesis en gel de poliacrilamida, el soporte electroforético es en forma de gel contenido en tubos de vidrio limpios de 7.5 cm de longitud y 0.5cm de diámetro interno.

Dado que en la electroforesis es crucial el buen funcionamiento de la cámara electroforética, tanto para prevención de accidentes como para la separación adecuada de los analitos, es importante que la cámara sea verificada al menos dos veces al año, ICLAB cuenta con ingenieros de servicio capacitados para tal efecto.

Instrumentos Científicos y de Laboratorio (ICLAB) es una empresa dedicada a la calibración de instrumentos de medición tales como: espectrofotómetros, potenciómetros,  viscosímetros, balanzas, básculas, manómetros, entre otros.

El personal de ICLAB está ampliamente capacitado para dar un servicio y asesoría a la mayoría de los instrumentos existentes en el mercado.

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Para quienes hemos dedicado nuestra vida profesional al campo de los análisis químicos, ha sido fascinante, y al mismo tiempo sorprendente, el observar la evolución de las últimas décadas en la Química Analítica. El aspecto fascinante de estos cambios ha sido el incremento en complejidad, capacidad y refinamiento de las técnicas y su instrumentación. Lo sorprendente es la velocidad de los cambios, y la abundancia y calidad de resultados obtenibles. Todo este progreso y cambios han transformado nuestra vida profesional y han permitido logros casi milagrosos en muchos campos científicos y en el desarrollo de procesos industriales.

La evolución de las técnicas analíticas ha sido catalizada en gran parte por las demandas sociales por medios de vida mejores, recursos más abundantes, productos libres de riesgos y más accesibles a una mayor proporción de consumidores. Otro aspecto de estas demandas ha sido la preocupación por la preservación del medio ambiente, y los deseos de expectativas de vidas más largas y saludables. Por otro lado es también claro, que la competencia en mercados globales ha sido tal que las empresas químicas se han visto en la necesidad de incrementar sus recursos y capacidades en el campo analítico para mantener su presencia competitiva en los mercados.

Una lista y descripción breve de los cambios evolutivos más notables en el área de análisis químicos en épocas recientes, es la siguiente:

• El desplazamiento de los métodos químicos tradicionales por técnicas instrumentales. Entendemos por métodos tradicionales aquellos donde se emplea una reacción química para obtener los resultados. Una vez que esto se ha establecido, es fácil reconocer que técnicas como son la Volumetría y la Gravimetría, han sido en alto grado eliminadas en los laboratorios modernos. Recuerdo ahora la anécdota de hace varios años cuando un colega de trabajo quería titular una solución y le fue muy difícil localizar una bureta para ello. Las únicas existentes estaban en las vitrinas de la exhibición histórica del laboratorio y otras estaban en posesión de un químico ya jubilado desde la década de los sesentas quien aun las emplea y rehúsa usar otros métodos. Por cierto, esta persona es un caso muy raro de devoción a la química, actualmente tiene 94 años de edad y aun trabaja medio tiempo en el laboratorio.
  
  
• El desarrollo casi "Explosivo" de las Técnicas de Separación como medios de análisis. Hoy día es casi inconcebible el imaginar un laboratorio moderno sin alguna de estas técnicas. Al mismo tiempo es difícil recordar los tiempos cuando eran solamente una curiosidad académica. Este campo, que incluye primordialmente la cromatografía (en un numero muy grande de formas), y la electroforesis, ha resultado ser uno de los más populares y versátiles, y sus aplicaciones se extienden a muchos campos científicos. No es exageración el afirmar que su desarrollo ha sido fascinante y su uso ha permitido realizar estudios y avances casi milagrosos en la industria química. En artículos futuros hablaremos mas de la importancia y uso de estas tecnologías.

• El incremento y disminución en la popularidad y uso de la de las Espectroscopias Ópticas. Los instrumentos modernos de Ultravioleta, Visible, Infrarrojo, Fluorometría, etc., aun son parte integral de todo laboratorio de análisis e investigación. Pero a pesar del grado de avance de estos instrumentos, las técnicas a que pertenecen hoy día se consideran "maduras"y han recibido pocas innovaciones en épocas recientes. Estas tecnologías alcanzaron su cenit en la década de los 50s y 60s y su uso disminuyo mucho con la introducción de las técnicas de separación, transformándose en gran parte como accesorios de las técnicas cromatográficas. En forma similar, las técnicas electroquímicas (Polarografía, Potenciometría, Amperometría, etc.) también han sufrido los mismos cambios y ya no son tan comunes en la actualidad. En forma humorística hay quien afirma que lo único que previene la extinción final de la electroquímica es el hecho de que hay un detector de ese tipo empleado en cromatografía de líquidos.

• El alcance de la madurez en la Espectroscometría de Masas, la Resonancia Magnética Nuclear, la Absorción Atómica y la Espectroscopia basada en plasmas. La certeza en la identificación de compuestos o elementos, y su determinación a niveles muy bajos o en muestras muy complejas, no es posible sin el uso de estas técnicas ya establecidas y ampliamente utilizadas. Una de las pocas limitantes de esta instrumentación es la "barrera del costo" ya que requieren una inversión elevada para su adquisición y un grado de entrenamiento y experiencia considerable para ser empleadas.

• La Introducción de Microprocesadores y Computadoras para el control de instrumentos y procesamiento de datos. Estos dos avances muy notables son quizás los más revolucionarios y más generales de todos. Ambos han permitido incrementar la productividad en términos de resultados generados, y al mismo tiempo refinar el funcionamiento de los instrumentos. Asimismo han requerido mas dedicación del profesional para dominar los cambios que han introducido, no solamente en la forma de operación de los instrumentos, sino también en la filosofía de trabajo en los laboratorios. Hace algún tiempo, cuando asistí a un congreso multinacional de química, me sorprendió escuchar una presentación donde se describía una encuesta en la que se encontró que muchos químicos de generaciones recientes consideran a las computadoras como instrumentos de análisis químico. Este hecho nos habla de la transformación que los avances tecnológicos han introducido en la mentalidad de nuestro trabajo.

• Los Avances en Automatización. Uno de los lemas frecuentes en la industria química es el de "Hacer más con Menos". Esto es algo que ha sido en mucho posible gracias al alto grado de automatización en los instrumentos. Cuando empezaba mi carrera en el campo de la cromatografía, tuve oportunidad de probar algunos instrumentos supuestamente automáticos (auto inyectores, recolectores, etc.) En mi experiencia esos equipos nunca funcionaron apropiadamente. También, y con cierto grado de entretenimiento, fui testigo de demostraciones llevadas a cabo por técnicos de las casas fabricantes de dichos instrumentos, en ninguno de los casos que observé hubo una demostración exitosa. Hoy día en contraste, los equipos son muy confiables y son indispensables en el laboratorio. Para mi y muchos colegas, las épocas heroicas de operaciones tediosas de tipo manual, ya han pasado a la historia.

• El desarrollo y la aceptación de Técnicas Conjuntas. Quizás este desarrollo de técnicas aunadas fue un hecho de "evolución natural" y casi obvia en el desarrollo de las técnicas analíticas. Si a un momento dado se contaba con técnicas de separación excelentes (cromatografía por ejemplo) y con medios de identificación muy confiables (como espectrometría de masas o resonancia magnética nuclear), el paso obvio a las técnicas conjuntas no se hizo esperar. Es indudable que la combinación cromatografía de gases (o líquidos) -espectrometría de masas ha alcanzado un nivel de madurez tal que permite su uso casi rutinario. Hoy día no es raro encontrar esta instrumentación aun en laboratorios de medios económicos modestos dado que el costo se ha reducido a niveles "razonables'. Desgraciadamente otras combinaciones (cromatografía liquida-resonancia magnética, ionización por plasmas-espectrometría de masas, etc.) han evolucionado mas lentamente debido a su complejidad.

Si bien los cambios que hemos observado en las ultimas décadas del siglo XX han sido muy notables y revolucionarios, es claro que no se ven límites en el horizonte que prevengan cambios aun más sorprendentes. ¿Que tipo de sorpresas e innovaciones nos traerá el futuro?, Creo que ello es una interrogante tan amplia que merece una discusión adecuada en artículos futuros.

Este artículo es el primero de una serie de cinco que se presentan en el portal. En esta columna de artículos sobre Química Analítica el Dr. Esquivel discute muchos tópicos y problemas asociados a su especialidad. Si tiene algún comentario, sugerencia o preguntas específicas sobre algún problema, si desea contactar al autor o le interesa que se aborde algún tema en particular, favor de dejarnos sus comentarios o datos haciendo clic aquí.

Información sobre el Autor. - El Dr. J. Benjamín Esquivel H. ha trabajado como investigador durante 21 años en laboratorios industriales de análisis químicos. Así mismo ha ocupado posiciones académicas y con empresas fabricantes de instrumentación. Su especialidad profesional es el campo de las separaciones cromatográficas y la espectroscopia. Es conferencista frecuente en congresos internacionales donde imparte cursos de cromatografía y charlas de sesiones plenarias.