Electrorrotación: técnica de biofísica para analizar células mediante campos eléctricos rotatorios, clave en diagnósticos y estudios celulares avanzados.
Electrorrotación | Biofísica, Análisis Celular y Diagnósticos
La electrorrotación es una técnica fascinante en biofísica que se utiliza para estudiar las propiedades eléctricas y mecánicas de las células y partículas microscópicas. Este método no invasivo brinda información valiosa sobre la estructura y composición celular, lo que resulta particularmente útil en el ámbito de los diagnósticos médicos y el análisis celular.
Fundamentos de la Electrorrotación
La electrorrotación se basa en la aplicación de un campo eléctrico giratorio a una muestra de partículas o células. Este campo eléctrico induce momentos dipolares en las partículas, lo que resulta en un par de fuerzas que hace que las células o partículas roten. La velocidad y el sentido de la rotación dependen de las propiedades dieléctricas y electrofísicas de las partículas, tales como la conductividad y la permittividad.
Teoría Subyacente
El fenómeno de la electrorrotación puede explicarse a través de la teoría del dipolo inducido. Cuando una célula se coloca en un campo eléctrico giratorio, se generan momentos dipolares que interactúan con el campo eléctrico aplicado. Este fenómeno se describe mediante la ecuación del flujo de corriente dieléctrica, que se expresa como:
\[
\vec{J} = \sigma \vec{E} + j \omega \epsilon \vec{E}
\]
donde:
- \(\vec{J}\) es la densidad de corriente
- \(\sigma\) es la conductividad eléctrica
- \(\vec{E}\) es el campo eléctrico aplicado
- \(\omega\) es la frecuencia angular del campo
- \(\epsilon\) es la permittividad del medio
La magnitud del momento dipolar inducido (\(\vec{p}\)) se calcula utilizando la siguiente expresión:
\[
\vec{p} = \epsilon V \cdot \frac{\epsilon^*_{\text{célula}} – \epsilon^*_{\text{medio}}}{\epsilon^*_{\text{célula}} + 2\epsilon^*_{\text{medio}}} \cdot \vec{E}
\]
donde \(\epsilon^*_{\text{célula}}\) y \(\epsilon^*_{\text{medio}}\) son las constantes dieléctricas complejas de la célula y el medio respectivamente, y V es el volumen de la célula.
Fórmulas y Ecuaciones Clave
La rotación de la célula en respuesta al campo eléctrico puede cuantificarse mediante el análisis del par de fuerzas eléctrico (\(\tau\)) generado, que se describe con la siguiente fórmula:
\[
\tau = \vec{p} \times \vec{E}
\]
Donde \(\times\) denota el producto cruzado entre el momento dipolar y el campo eléctrico. La velocidad de rotación (\(\Omega\)) también se puede expresar en términos del torque y las propiedades viscosas del medio circundante. Para una célula esférica de radio \(R\), la velocidad de rotación está dada por:
\[
\Omega = \frac{\tau}{8 \pi \eta R^3}
\]
donde \(\eta\) es la viscosidad del medio.
Aplicaciones en Análisis Celular y Diagnósticos
La electrorrotación ha demostrado ser una herramienta útil en diversas aplicaciones de análisis celular y diagnóstico. Algunas de las principales aplicaciones incluyen:
- Caracterización de Propiedades Celulares: Se puede utilizar para medir la conductividad y permittividad de las membranas celulares, el citoplasma y otros componentes.
- Diagnóstico de Enfermedades: Permite la identificación de células anormales o patológicas, como las células cancerígenas, basándose en sus propiedades eléctricas diferenciales.
- Clasificación de Células: Ayuda en la clasificación y separación de diferentes tipos de células, como células madre y células diferenciadas, mediante la evaluación de sus respuestas rotacionales.