CAPILARES MICRO-ESTRUCTURADOS MEDIANTE UN DISEÑO INTELIGENTE PARA ELECTROFORESIS CAPILAR DE ALTO RENDIMIENTO.

Esta invención se refiere al desarrollo de capilares micro-estructurados con diseño inteligente para su utilización como componente básico en equipos de electroforesis capilar (CE) de alto rendimiento,

que permitan una mejora en la resolución y un aumento en la sensibilidad de detección respecto a los capilares convencionales. Esta invención supone lograr una nueva generación de sistemas CE de alto rendimiento en cuanto a capacidad de separación y detección.

La invención consiste en el diseño de capilares para CE, con multitud de canales de pequeño diámetro organizados en su interior. La organización inteligente de los canales puede ofrecer un aumento de sensibilidad en sistemas de detección óptica.

Estos capilares son de aplicación en cualquier equipo de CE convencional y en su interior se puede llevar a cabo la separación tanto de pequeñas moléculas e iones como de grandes macromoléculas.

CAPILARES MICRO-ESTRUCTURADOS MEDIANTE UN DISEÑO INTELIGENTE PARA ELECTROFORESIS CAPILAR DE ALTO RENDIMIENTO

La presente invención se refiere al uso de capilares micro-estructurados con un diseño inteligente para electroforesis capilar (CE) . Estos capilares permiten (I) mejoras en la resolución de las separaciones analíticas, debido a la disminución del diámetro interno de los canales internos en comparación con el de los capilares convencionales, y

(II) aumentos en la sensibilidad de detección por la reducción del ensanchamiento de banda producida en canales más estrechos y por el diseño inteligente de los propios capilares y la correcta distribución de los canales internos teniendo en cuenta detectores ópticos.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención tiene su campo de aplicación dentro del área de la Química y la Tecnología Química y utiliza como técnica analítica la CE. En particular, esta invención se refiere al uso de capilares micro-estructurados para su utilización en equipos comerciales, caseros y portátiles de CE.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Es bien sabido que la disminución del diámetro interno del capilar mejora la resolución de las separaciones analíticas debido a la disminución del calor producido en el interior del capilar por el efecto Joule [1]. Por esta razón, se suelen emplear capilares con diámetros internos reducidos para la separación de pequeñas moléculas o iones. Sin embargo, el uso de capilares con canales más pequeños presenta una desventaja importante porque la sensibilidad de detección se reduce según el diámetro interno disminuye.

La reducción del diámetro interno del capilar disminuye el espacio ocupado por el canal del capilar. Esto permite la inclusión de nuevos canales dentro de la misma matriz, creando capilares con multitud de canales. Este concepto se ha estado utilizando en óptica durante años para la creación de fibras ópticas micro-estructuradas. Sin embargo, el uso de estas fibras en CE es una idea reciente y de muy escasa aplicación. Se han utilizado fibras de 54 canales de 3, 7 !m cada uno incluidas en microchips en dos trabajos científicos. En el primero, se observó una mejora de hasta un 60 % en la resolución de separación de una mezcla de fluoresceína y rodamina 123, en comparación con la separación en un microchip de vidrio convencional [2]. En el segundo, se llevó a cabo la separación de una muestra de ADN, también con mejoras en la resolución en comparación con un microchip de vidrio con el mismo área de sección transversal [3]. En un tercer trabajo, llevado a cado con fibras de 10 centímetros de longitud con 30, 54, 84 y 168 canales de unos 5 !m de diámetro interno y sin la tecnología de microchip, se llevo a cabo la separación de péptidos marcados con mejoras de resolución de hasta el 82% [4].

A la vista de los trabajos publicados, resulta muy interesante el empleo de este tipo de capilares micro-estructurados para su uso en equipos de CE. Su aplicación puede ser muy amplia, cubriendo campos de análisis muy diferentes; desde el análisis de muestras con pequeñas moléculas e iones hasta con grandes macromoléculas como el ADN y las proteínas.

Si bien se han utilizado fibras micro-estructuradas en separaciones electroforéticas, hasta la fecha no se ha trabajado en el diseño inteligente de capilares micro-estructurados que permita mejoras de sensibilidad de detección sin precedentes.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En la presente invención se describe el diseño inteligente de capilares microestructurados para su empleo en CE. Estos capilares micro-estructurados consisten en un único capilar (normalmente de sílice fundida, recubierta de poliimida, aunque pueden realizarse sobre otros materiales) con multitud de canales de pequeño diámetro apilados en su interior y distribuidos de una manera específica.

La resolución de la CE depende del ensanchamiento de los picos obtenidos en un electroforegrama. El ensanchamiento, y por tanto, la pérdida de resolución, se produce por diferentes efectos de transporte indeseables como son: (I) la difusión de los analitos desde zonas más concentradas a menos concentradas, (II) la convección producida por la aplicación de un campo eléctrico, y (III) el flujo térmico debido al movimiento del líquido a las zonas de menor temperatura. Estos efectos, que afectan a la separación de las bandas y al rendimiento separativo, se minimizan si se reduce el diámetro interno del capilar. Sin embargo, una disminución excesiva del diámetro interno del capilar (menor que una micra) presenta como inconvenientes la necesidad de utilizar una presión extremadamente alta para introducir disoluciones o muestras dentro del capilar y una disminución de la eficacia de detección, debido a que la cantidad de muestra analizada disminuye en proporción a la reducción del área de la sección transversal del canal. La configuración de multitud de canales en el mismo capilar hace que la sensibilidad de detección apenas se vea modificada si el área de la sección transversal se mantiene inalterada en relación con los diámetros internos de los capilares convencionales más comunes (50 y 75 !m) . A modo de ejemplo, en la FIG. 1, se muestra de modo esquemático, una posible estructura de un capilar micro-estructurado con multitud de canales. En esta figura, se aprecia como se ha sustituido el canal único de un capilar convencional de 50 !m de diámetro interno por 625 canales de 1 !m de diámetro interno, manteniendo el mismo área de la sección transversal de los canales. Además de la potencial mejora de resolución de separación (picos más separados entre sí) se aprecia una mejora de sensibilidad debido al menor ensanchamiento de banda dentro de los canales del capilar micro-estructurado. Por otro lado, en la FIG. 2 se aprecia de manera esquemática que si se mantiene el diámetro externo del capilar microestructurado puede acoplarse fácilmente a cualquier equipo de CE. Aunque en esta figura se haya indicado un sistema de detección sobre el capilar (p.ej. detección óptica o por conductividad) , los capilares micro-estructurados también pueden emplearse con sistemas de detección acoplables al final de capilar (p. ej. espectrometría de masas o electroquímicos) .

El diseño inteligente de capilares micro-estructurados se basa en la correcta distribución y organización de los canales en el interior del capilar de manera que permita conseguir, una maximización del solapamiento entre un bombeo óptico transversal y el analito, y por otro lado, una densidad de potencia de la luz incidente considerablemente mayor en el interior del capilar, de manera que aumente la eficiencia de interacción entre la radiación y el contenido del capilar. Debido a que la detección y el comportamiento óptico dependen del tipo de radiación, es decir, de la longitud de onda, cada sistema de detección requerirá un diseño del capilar diferente. Como ejemplo, se han realizado diseños para sistemas de detección excitados con radiación monocromática como fluorescencia inducida por laser (LIF) o espectroscopia Raman. El diseño inteligente de capilares micro-estructurados se realiza para conseguir incrementos en la sensibilidad de detección de varios órdenes de magnitud. En algunos de los diseños realizados, el espaciado entre los canales del capilar se hace constante en la dirección de propagación de la luz, fijándose el espaciado de forma que se consiga un aumento de la densidad de potencia de la radiación incidente dentro del capilar. En otros diseños, se disponen los canales del capilar de forma que las reflexiones múltiples en el interior del capilar consigan elevar la interacción entre la luz y el analito.

Ventajas principales del invento.

Las ventajas principales del invento son las siguientes:

-La utilización de capilares micro-estructurados descritos permitiría un mayor rendimiento de separación que los capilares convencionales.

-A diferencia de los capilares convencionales de diámetros internos pequeños, la sensibilidad de la detección no se ve reducida con el uso de los capilares descritos en esta invención.

-La utilización de los capilares descritos supone un aumento de la sensibilidad de detección de varios órdenes de magnitud. -Los capilares descritos pueden utilizarse en cualquier equipo de CE (comercial, casero o portátil) .

-El uso de los capilares descritos no limita el número de aplicaciones analíticas a desarrollar. Mediante los capilares micro-estructurados pueden llevarse a cabo el análisis de todo tipo de muestras y son compatibles con cualquier detector utilizado en CE, hecho que amplía enormemente su campo de aplicación.

Los siguientes ejemplos y figuras se...

1. Capilares micro-estructurados para electroforesis capilar caracterizados por comprender entre 5 y 625 canales de diámetro homogéneo apilados en su interior.

2. Capilares según la reivindicación 1 caracterizados por comprender entre 5 y 100 canales apilados en su interior.

3. Capilares micro-estructurados según la reivindicación 1 y 2, caracterizado por comprender canales internos de entre 5-30 μm de diámetro interno.

4. Capilares micro-estructurados según la reivindicación 1 y 2, caracterizado por comprender distancias entre canales de entre 1-20 μm en existencia/ausencia de núcleo dopado.

5. Uso de capilares según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 para el análisis de compuestos con concentraciones iguales o menores a 10-6 M.

6. Uso de capilares micro-estructurados según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 en electroforesis capilar para su utilización con los distintos sistemas de detección posibles.

7. Uso de capilares micro-estructurados según la reivindicación 1, 2, 3 y 4 para su utilización en cualquier equipo de CE (comercial, casero o portátil) .

8. Uso de capilares micro-estructurados según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque amplifica la señal producida al emplear sistemas de detección excitados con radiación monocromática como LIF y espectroscopia Raman.

9. Uso de capilares micro-estructurados según la reivindicación 1, 2, 3 y 4 para el análisis de iones, moléculas y macromoléculas (de tamaños comprendidos entre 1 y 2500 Å) contenidas en muestras forenses, biológicas, de alimentos, medioambientales, farmacéuticas y médicas mediante CE.

Figura 1

Figura 2