Los investigadores han ideado una técnica sencilla para construir un dispositivo de laboratorio conocido como electroporador, que aplica una descarga eléctrica para abrir temporalmente las paredes celulares, a partir de componentes económicos, incluido un cristal piezoeléctrico tomado de un encendedor de butano.
El objetivo sería hacer que el dispositivo de bajo costo esté disponible para las escuelas secundarias, laboratorios con presupuesto limitado y otras organizaciones cuya investigación podría verse limitada por el acceso a electroporadores convencionales de laboratorio. Planes para el dispositivo, conocido como ElectroPen,están disponibles, junto con los archivos necesarios para crear una carcasa impresa en 3D
"Nuestro objetivo con ElectroPen era hacer posible que las escuelas secundarias, los laboratorios conscientes del presupuesto e incluso aquellos que trabajan en ubicaciones remotas sin acceso a la electricidad realicen experimentos o procesos que involucren electroporación", dijo M. Saad Bhamla, profesor asistenteen la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech. "Este es otro ejemplo de buscar formas de evitar las limitaciones económicas para avanzar en la investigación científica al poner esta capacidad en manos de muchos más científicos y aspirantes a científicos".
En un estudio que se informará el 9 de enero en la revista PLOS Biología y patrocinado por la National Science Foundation y los Institutos Nacionales de Salud, los investigadores detallan el método para construir el ElectroPen, que es capaz de generar explosiones cortas de más de 2,000 voltios necesarios para una amplia gama de tareas de laboratorio.
Uno de los trabajos principales de una membrana celular es servir como un borde protector, protegiendo el funcionamiento interno de una célula viva del ambiente exterior.
Pero todo lo que se necesita es una breve descarga de electricidad para que esa membrana se abra temporalmente y permita que entren moléculas extrañas, un proceso llamado electroporación, que se ha utilizado durante décadas en los laboratorios de biología molecular para tareas que van desde la detección de bacterias hasta la genéticaIngenieria.
A pesar de lo común que se ha vuelto la práctica, el alto costo de los electroporadores y su dependencia de una fuente de electricidad ha mantenido la técnica principalmente dentro de los límites de los laboratorios académicos o profesionales. Bhamla y el estudiante universitario Gaurav Byagathvalli se propusieron cambiar eso, conayuda de los colaboradores Soham Sinha, Yan Zhang, el profesor asistente Mark Styczynski y la maestra de Lambert High School Janet Standeven.
"Una vez que decidimos abordar este problema, comenzamos a explorar el funcionamiento interno de los electroporadores para comprender por qué son tan voluminosos y caros", dijo Byagathvalli. "Desde su concepción a principios de la década de 1980, los electroporadores no han tenido cambios significativos endiseño, lo que provocó la pregunta de si podríamos lograr el mismo rendimiento a una fracción del costo. Cuando identificamos un encendedor que podría producir estos altos voltajes a través de la piezoelectricidad, nos entusiasmó descubrir nuevos misterios detrás de esta herramienta común ".
Además del cristal piezoeléctrico más ligero, que genera corriente cuando se le aplica presión, las otras partes del dispositivo incluyen alambre recubierto de cobre, aislante de alambre termocontraíble y cinta de aluminio. Para mantenerlo todo junto, elLos investigadores diseñaron una carcasa impresa en 3D que también sirve como activador. Con todas las piezas a la mano, el dispositivo se puede ensamblar en 15 minutos, informaron los investigadores.
Si bien el ElectroPen no está diseñado para reemplazar un electroporador de calidad de laboratorio, que cuesta miles de dólares y es capaz de procesar una amplia gama de mezclas de células, el dispositivo aún es altamente capaz de realizar tareas cuando no se requieren grandes volúmenes.
Los investigadores probaron varios cristales de encendedor diferentes para encontrar unos que produjeran un voltaje constante utilizando un mecanismo basado en resorte. Para comprender más sobre cómo funcionan los encendedores, el equipo utilizó una cámara de alta velocidad a 1,057 cuadros por segundo para versu mecánica en cámara lenta.
"Una de las razones fundamentales por las que este dispositivo funciona es que el cristal piezoeléctrico produce un voltaje consistentemente alto, independiente de la cantidad de fuerza aplicada por el usuario", dijo Bhamla. "Nuestros experimentos mostraron que el martillo en estos encendedores es capaz depara lograr una aceleración de 3.000 Gs, lo que explica por qué es capaz de generar una ráfaga de voltaje tan alta ".
Para probar sus capacidades, los investigadores usaron el dispositivo en muestras de E. coli para agregar un químico que hace que las células bacterianas sean fluorescentes bajo luces especiales, iluminando las partes de la célula y facilitando su identificación. Técnicas similares podrían usarse en unlaboratorio o en operaciones de campo remotas para detectar la presencia de bacterias u otras células.
El equipo también evaluó si el dispositivo era fácil de usar, enviando los ElectroPens ensamblados a estudiantes de otras universidades y escuelas secundarias.
"Los equipos de investigación pudieron obtener con éxito la misma expresión de fluorescencia, lo que creo valida la facilidad con que estos dispositivos pueden ser difundidos y adoptados por estudiantes de todo el mundo", dijo Bhamla.
Con ese fin, los investigadores han puesto a disposición los planes sobre cómo construir el dispositivo, junto con los archivos digitales que utilizará una impresora 3D para fabricar la carcasa y el actuador. Los siguientes pasos de la investigación incluyen probar una gama más amplia de encendedoresbuscando voltajes consistentes en un rango más amplio, con el objetivo de crear ElectroPens de voltajes variables.
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation NSF bajo la subvención No. 1817334, la Fundación Mindlin bajo la subvención No. MF19-1T1P03, los Institutos Nacionales de Salud bajo la subvención No. R01-EB022592.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Josh Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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