Resonadores microcapilares transparentes para la cacterización multiparamétrica de células

• Autores: Alberto Martín Pérez
• Directores de la Tesis: Montserrat Calleja Gómez (dir. tes.), Daniel Ramos Vega (codir. tes.), Fabrice Leardini (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Pérez Murano (presid.), Miguel Manso Silván (secret.), Carmen Martinez Dominguez (voc.), Daniel Granados Ruiz (voc.), Javier Martínez Rodrigo (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnología por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Los microcanales suspendidos resonantes han demostrado ser una técnica muy útil para la detección y caracterización de partículas suspendidas en medios líquidos (especialmente células) a través de la medida de su masa. Gracias a la integración de un canal microfluídico dentro de un resonador mecánico, estos dispositivos permiten aprovechar la gran sensibilidad en masa de un resonador mecánico oscilando en vacío (o atmósfera gaseosa) mientras se trabaja con partículas o células suspendidas en un medio líquido (que fluye a través del microcanal integrado en el dispositivo). En los trabajos previos al desarrollo de esta tesis doctoral en este tipo de dispositivos, sólo podían medir la masa boyante de las partículas (diferencia entre la masa de la partícula y del líquido desplazado por la misma), no obstante, este parámetro no permite una distinción unívoca entre distintos tipos de partículas ya que, partículas distintas en tamaño y material pueden presentar el mismo valor de masa boyante.

    Para superar este problema, en la presente tesis doctoral, Resonadores Microcapilares Transparentes para la Caracterización Multiparamétrica de Células, se proponen nuevos conceptos para el desarrollo de microcanales suspendidos resonantes a fin de conseguir la medida simultánea de múltiples parámetros físicos de estas partículas coloidales, poniendo especial interés en su aplicación a la caracterización de células en entornos fisiológicos. Para ello, se ha desarrollado un proceso de fabricación de microcanales suspendidos resonantes basado en la integración de un capilar de sílice sobre un sustrato reflectante (resonador microcapilar transparente, RMT). Para la transducción de estos dispositivos se ha empleado un sistema interferométrico, que permite medir simultáneamente y en tiempo real la frecuencia de resonancia (señal mecánica) y la potencia de luz reflejada (señal óptica) por estos dispositivos.

    En primer lugar, en esta tesis, se ha demostrado experimentalmente la utilidad de los métodos propuestos para la caracterización de distintas propiedades físicas de fluidos. Para este fin, se han medido los cambios producidos tanto en la señal mecánica como óptica que se producen cuando se cambia el fluido contenido en el canal del dispositivo. De esta manera, se ha conseguido medir parámetros físicos como la densidad o la compresibilidad, a través de la señal mecánica, y el índice de refracción, a través de la señal óptica.

    Posteriormente, también se ha demostrado la utilidad de la técnica propuesta para la caracterización de micropartículas dieléctricas suspendidas en medios líquidos mediante la medida de los cambios que producen éstas en las señales mecánica y óptica al atravesar la zona sensible del dispositivo. La medida de estos cambios en las señales mecánica y óptica de los dispositivos permiten obtener de manera simultánea dos parámetros de cada partícula individual: masa boyante y cambio en reflectividad. Además, se ha demostrado que la adquisición simultánea de estos dos parámetros permite realizar una distinción unívoca entre distintas poblaciones de micropartículas.

    Así mismo, se ha desarrollado en esta tesis un estudio de las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre una partícula cuando atraviesa la zona sensible del dispositivo para poder relacionar la anchura de los eventos en las señales mecánica y óptica con el tamaño de la partícula. Lo que finalmente se ha utilizado para distinguir entre partículas de distinto tamaño, demostrando que la técnica propuesta en esta tesis permite realizar una caracterización basada en tres parámetros físicos independientes que se adquieren de manera simultánea para cada partícula individual.

    Finalmente, se aplican los métodos desarrollados a lo largo de toda la tesis a la caracterización mecano-óptica de distintas líneas celulares, midiendo para cada célula individual parámetros de interés biofísico tales como: masa, tamaño y densidad. También se demuestra que el método desarrollado en esta tesis es capaz de realizar una distinción libre de marcadores entre dos líneas celulares de un mismo tejido (tejido epitelial mamario), una sana (MCF-10A) y otra de adenocarcinoma (MCF-7), con una precisión del 76%.