VII Congreso de la Sociedad Cubana de Bioingeniería Habana 2007
APLICACIÓN DE LA VOLTAMETRÍA EN EL ANÁLISIS DEL CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO H. Cobas, S. Pavoni, A. Zayas, F. Rodríguez, E. Álvarez, R. Contreras Centro de Investigaciones en Microelectrónica, Antigua Carretera de Vento, km 8 ½, Boyeros. hcobas@electrica.cujae.edu.cu
RESUMEN En este trabajo se presenta el seguimiento del ciclo de vida de la bacteria Escherichia coli mediante la utilización de la técnica de voltametría de barrido lineal empleando microceldas planas de platino y microvolúmenes de muestras. La instrumentación electroquímica utilizada se compone de una computadora como instrumento virtual sobre la que corre un programa diseñado en LabVIEW, una tarjeta de adquisición de datos (NI-6014) y un potenciostato. Como referencia se emplea el sistema DIRAMIC. Se obtienen las curvas de crecimiento a partir de determinar el valor del pico de corriente (Ip) para cada voltamograma, el ancho del mismo (W) y la turbidez de la muestra leída con el DIRAMIC. En las curvas de Ip y W se diferencian claramente la fase de latencia del resto de las fases del ciclo de vida. Se filtran los datos de las tres curvas y se comparan los de Ip y W con los de turbidez. De la comparación de Ip y turbidez se obtuvo un coeficiente de correlación del 83,2 % cuando se analizaron las cuatro zonas que componen el ciclo de vida y 92,7 % al excluir la última zona. Para el caso de la comparación de W y turbidez la correlación fue del 83,6 % al analizar todas las zonas y 91,08 % al excluir la cuarta. Se aprecia una correspondencia general entre la evolución de los voltamogramas y las fases de crecimiento microbiológico, lo que evidencia la potencialidad del empleo de esta técnica en el estudio de las mismas.
Palabras clave: crecimiento microbiológico, Escherichia coli, voltametría de barrido lineal, microelectrodos.
1. INTRODUCCIÓN Como voltametría se denomina a un conjunto de técnicas de análisis electroquímico que permiten la detección de especies electroactivas contenidas en un electrolito. Estas técnicas consisten en aplicar una tensión controlada entre los electrodos de una celda electrolítica y medir la corriente que se genera en la misma como consecuencia de reacciones de oxidación-reducción que
ocurren en los electrodos. Entre ellas se encuentran la voltametría cíclica, donde la forma de onda es triangular y la voltametría de barrido lineal, donde la tensión se varía linealmente en el tiempo. Como resultado, se obtienen curvas de corriente-tensión, conocidas como voltamogramas. Desde el punto de vista analítico, estas técnicas de medición han resultado de interés para el desarrollo de muchos sensores electroquímicos. El análisis microbiológico es importante para el diagnóstico de enfermedades, el control de la calidad del agua y de los alimentos, etc. El empleo de la voltametría cíclica para el estudio de muestras microbiológicas se reporta desde la década de 1980 cuando Matsunaga [1, 2] y sus colaboradores desarrollaron una celda de medición de 25 ml de volumen, constituida por un electrodo de grafito y una membrana para filtrar y atrapar microorganismos. La celda se conectaba a un sistema de tres electrodos (alambre de platino como auxiliar y electrodo saturado de calomel como referencia) y para medir se insertaba en una cubeta con el cultivo bacteriano. Al aplicar voltametría cíclica de 0 a 1 V con diversas especies bacterianas, se manifestaron picos de oxidación en 0,7 V con respecto al electrodo saturado de calomel. Resultados similares se observaron por Subrahmanyam [3] con muestras de hongo Aspergillus terreus. En ese caso se empleó un electrodo de trabajo de oro de 0,2 cm2 inmerso en 100 ml de medio de cultivo, igualmente conectado en un sistema de tres electrodos con electrodo saturado de calomel como referencia. Recientemente se reportó la aplicación de la voltametría de barrido lineal de 0 a 1 V con microceldas conformadas por dos microelectrodos planos de platino y gotas 10 µl de volumen de cultivos de Escherichia coli [4, 5, 6]. Independientemente de la velocidad de barrido, se obtuvieron voltamogramas sin pico de corriente para las muestras que se encontraban en fase de latencia y voltamogramas con pico de corriente cuando la muestra se encontraba en fase de crecimiento exponencial. De esta forma podía determinarse la duración de la fase de latencia y relacionarlas con la concentración inicial de las células bacterianas en el cultivo. Sin embargo, la investigación se limitó a las dos primeras fases del crecimiento del microorganismo. El objetivo de este