Flujo electro-osmótico de soluciones poliméricas en microcanales

LUCIANA VERA-CANDIOTI, M. LAURA OLIVARES, CLAUDIO L. A. BERLI

Ciudad de Salta, Argentina

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

En una gran variedad de dispositivos de microfluídica, así como en la electroforesis capilar, los fluidos son trasportados a través de microcanales mediante la aplicación de campos eléctricos, es decir mediante el flujo electro-osmótico. En el caso de soluciones de electrólitos simples, cuya viscosidad es un coeficiente constante (comportamiento Newtoniano), la velocidad electro-osmótica es directamente proporcional al campo eléctrico aplicado, y viene dada por la ecuación clásica de Helmholtz-Smoluchowski. No obstante, en el caso de soluciones poliméricas, cuya viscosidad depende del gradiente de velocidades desarrollado en el canal (comportamiento no-Newtoniano), la velocidad electro-osmótica presenta una relación no-lineal con la magnitud del campo eléctrico. Además, debido a la interacción entre las macromoléculas y la pared del canal, que puede ser repulsiva (depleción) o atractiva (adsorción), la viscosidad de la solución varía abruptamente en la interface fluido-sólido, lo cual determina la magnitud de la electro-osmosis. El presente trabajo comprende el análisis teórico y experimental del flujo electro-osmótico de soluciones poliméricas. El modelado parte de las ecuaciones que gobiernan la mecánica de fluidos y los fenómenos electrocinéticos. Se toman en consideración dos aspectos fundamentales: el carácter no-Newtoniano de las soluciones, y el perfil de concentraciones del polímero en la zona interfacial. El modelo propuesto describe apropiadamente el flujo electro-osmótico resultante en las diferentes situaciones (depleción, adsorción). Las predicciones teóricas son validadas con datos experimentales obtenidos a partir de soluciones acuosas de carboxi-metil celulosa en capilares de sílice. La velocidad electro-osmótica fue medida utilizando un instrumento de electroforesis capilar. Las curvas de viscosidad de las soluciones fueron obtenidas mediante reometría. El análisis de los resultados muestra la importancia de considerar la distribución de polímeros en la interface y la correcta función de la viscosidad del fluido. Estos aspectos son esenciales para el diseño y la manipulación de dispositivos de microfluídica que involucran soluciones de proteínas, ADN, y polímeros en general.