2004, Número 1
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Rev Mex Ing Biomed 2004; 25 (1)
Efectos electrocinéticos de células biológicas y partículas coloidales en la espectroscopia dieléctrica a bajas frecuencias
Zehe A, Ramírez A
Idioma: Español
Referencias bibliográficas: 29
Paginas: 16-24
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RESUMEN
La manipulación de células o de macromoléculas
(por ej. ADN) biológicas cuyo tamaño físico cubre el rango nanométrico,
es parte esencial de la novedosa nanotecnología un híbrido entre
biología, química e ingeniería, que pretende el ensamble de
bionano estructuras funcionales a través de un posicionamiento físico
de sus componentes. Al otro lado permite la manipulación de estos
objetos, su análisis biomédico y su separación en poblaciones de
ciertos tamaños. Las técnicas electrocinéticas a bajas frecuencias
permiten el estudio de la agregación, rotación, deformación y
orientación, incluso la manipulación, de pequeños objetos singulares en
su dependencia de la frecuencia desde fracciones de 1 Hz hasta la
región de varios MHz. La física detrás de estas técnicas está basada en
propiedades de impedancia de partículas o células en suspensión. Los
efectos electrocinéticos son consecuencia de la interacción entre un
campo incidente eléctrico alterno y el momento dipolar inducido en
estos objetos. Presentamos en este trabajo los aspectos físicos detrás
de los diferentes métodos electrocinéticos, que debido a los avances en
la microestructuración litográfica para la fabricación de microcámaras
de medición encuentran un creciente interés en la investigación
bioquímica y el diagnóstico médico. Particularmente apuntan las
actividades de investigación en este campo a la creación de biosensores
en un amplio rango de aplicaciones, e incluso a la integración de
diferentes aspectos de análisis biomédico y bioquímico en un
"laboratorio-sobre-un-chip".
REFERENCIAS (EN ESTE ARTÍCULO)
Pauly H, Schwan HP. Über die Impedanz einer Suspension von kugelförmigen Teilchen mit einer Schale. Z. Naturforsch. 14b: 125-131. (in German) 1959.
Foster KR, Schwan HP. Dielectric properties of tissue In: Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields” C. Polk and E. Postow, editors. CRC Press Inc., Boca Raton, FL. 1996: 25-102.
Asami KT, Hanai, Koizumi N. Dielectric approach to suspensions of ellipsoidal particles covered with a shell in particular reference to biological cells. Jpn J Appl Phys 1980; 19: 359-365.
Jonscher AK. The universal dielectric response: A review of data and their new interpretation, Physics of thin films. Acad Press N.Y., 1980; 11: 205-317.
Gimsa JP, Eppmann, Pruger B. Introducing phase analysis light scattering for dielectric characterization: measurement of traveling-wave pumping. Biophys J 1997; 73: 309-316.
Fuhr GU, Zimmermann U, Lucas K. High-frequency electric field trapping of individual human spermatozoa Hum. Report 1998; 13: 136-141.
Sukhorukoz VL, Mussauer H, Zimmermann U. The effect of electrical deformation forces on the electropermeabilization of erythrocyte membranes in low- and high-conductivity media. J Membr Biol 1998; 163: 235-245.
Fuhr G, Zimmermann U, Shirley SG. Cell motion in time-varying fields: Principles and potential. In: Electromanipulation of cells. Zimmermann U, Neil GA, editors. Boca Raton, New York, London, Tokyo. 1996: 259-328.
Jones TB. Electromechanics of Particles. Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, 1995.
Kakutani TS, Shibatani, Sugai M. Electrorotation of nonspherical cells: theory for ellipsoidal cells with an arbitrary number of shells. Bioelectrochem Bioenerg 1993; 31: 131-145.
Stoylov SP. Electric polarization of polyelectrolyte and colloid media: dielectric versus electro-optic approach. Biophys Chem 1996; 58: 165-172.
Pastushenko V, Kuzmin PI, Chizmadshev YA. Dielectrophoresis and electrorotation of cells: unified theory for spherically symmetric cells with arbitrary structure of membrane. Biol Mem 1998; 5: 65-78 (in Russian).
Sauer FA, Schlegl RW. Torques exerted on cylinders and spheres by external electromagnetic fields. A contribution to the theory of field-induced cell rotation. In: Interactions between electromagnetic fields and cells. Chiabrera A, Nicolini C, Schwan HP, editors. Plenum Press, New York. 1985; 203-251.
Engelhardt H, Gaub H, Sackmann E. Viscoelastic properties of erythrocyte membranes in high-frequency electric fields. Nature 1984; 307: 378-380.
Wagner KW. Arch. Elektrotech. 1984; 2: 371.
Schwan HP. Linear and nonlinear electrode polarization and biological materials. Annals of Biomedical Engineering 1992; 20: 269-288.
Looyenga H. Dielectric constants of heterogeneous mixture. Physica 1965; 31: 401-406.
Takashima S. Electrical properties of biopolymers and membranes. IOP, Philadelphia, PA. 1989.
Zehe A, Ramírez A. The depolarization field in polarizable objects of general shape. Rev Mex de Física 2002; 48(5): 427-431.
Polevaya Yu, Ermolina I, Schlesinger M, Ginzburg BZ, Feldman Yu. Time domain dielectric spectroscopy of human cells. II. Normal and malignant white blood cells. Biochim Biophys Acta 1999; 1419: 257-271.
Ermolina I, Polevaya Yu, Feldman Yu. Analysis of dielectric spectra of eukariotic cells by computer modeling. Eur Biophys J 2000; 29: 141-145.
Gascoyne PRC, Becker FF, Wang XB. Numerical analysis of the influence of experimental conditions on the accuracy of dielectric parameters derived from electrorotation measurements. Bioelctrochem Bioenerg 1995; 36: 115-125.
Zehe A, Ramírez A, Starostenko O. Dielectrophoretic field-fractionation of rouleaux formed of human erytrocytes: A feasibility study. Rev Mex Ing Biomédica 2003; 1.
Hagedorn R, Fuhr G, Muller T, Gimsa J. Traveling-wave dielectrophoresis of microparticles. Electrophoresis 1992; 13: 49-54.
Pastushenco V, Kuzmin PI, Chizmadzhev Yu A. Dielectrophoresis and electrorotation: a unified theory of spherically symmetrical cells. Stud Biophys 1985; 110: 51-57.
Sebastian JL, Muñoz S, Sancho M, Miranda JM. Analysis of cell geometry, orientation and cell proximity effects on the electric field distribution from direct R. F. Exposure. Phys Med Biol 2001; 46, 213-225.
Irimajiri A, Hanai T, Inouye A. A dielectric theory of ’Multi-Stratified Shell’ model with its applications to a lymphoma cell. J Theor Biol 1979; 78; 251-269.
Landau LD, Lifschitz EM. Elektroynamik der Kontinua. Vol. 8. Akademie-Verlag, Berlin. (in German), 1985.
Zehe A et al. Dielectric dissipation resonances of human blood due to forced low-frequency cell oscillations, Technical Report, BUAP, (to be published), 2003.