Characterization of a cellulose membrane for electrophoresis on lab-on-a-chip

Electrophoresis is a technique for separating chemical compounds according to their mobility in an electrical field: charged particles migrate towards the electrode – cathode or anode – with the opposite charge. This technique has been applied to several areas of biotechnology, biology, and clinical analysis: separation of biomolecules, such as nucleic acids and proteins, allows to visualize, identify, and distinguish the chemical components of a complex sample and so, to obtain an analytical quantification of each separated species. One disadvantage of many separation techniques, including electrophoresis, is the time required for the preparation of samples, the physical separation of the proteins and the final integration and quantification of the individual protein components in the sample. The aim of miniaturized or microfluidic system is to automate and speed up standard laboratory processes; moreover, cost-efficiency combined with small sample and reagents volumes represent surely obvious advantages. The main objective was a study on possible materials for electrophoresis on a Lab-on-a-Chip. Electrophoresis parameters were optimized with the objective of decreasing water electrolysis phenomenon and at the same time promoting target migration. An electrochemical assay was used to detect targets concentration after electrophoresis to evaluate the purification performance of the electrophoresis membrane.

L’elettroforesi è una tecnica utilizzata per la separazione di molecole secondo la loro mobilità in un campo elettrico. Sotto l’influenza di un campo elettrico, le particelle cariche migrano verso l’elettrodo – catodo o anodo – che possiede una carica opposta. Questa tecnica è utilizzata in diverse aree della biotecnologia, biologia e nell’analisi clinica: infatti, la separazione di biomolecole, come gli acidi nucleici e le proteine, permette di visualizzare, identificare e distinguere ogni componente di un campione complesso e quindi, permette di quantificare ogni componente separatamente. Uno svantaggio di molte tecniche di separazione, tra cui l’elettroforesi, è il tempo necessario per la preparazione del campione, la separazione delle proteine ed la quantificazione di ogni singolo componente proteico del campione iniziale. Lo scopo dei sistemi miniaturizzati, o microfluidici, è automatizzare e rendere più veloci i processi di laboratorio; inoltre, uno dei vantaggi è il loro basso costo e l’utilizzo di piccoli volumi di soluzioni, che sono spesso di difficile reperibilità. Lo scopo principale di questo lavoro è stato individuare possibili materiali per l'elettroforesi su un Lab-on-a-Chip. I parametri di elettroforesi sono stati ottimizzati con lo scopo di diminuire l'elettrolisi dell'acqua e promuovere la migrazione delle proteine. Un saggio elettrochimico ha permesso di quantificare la concentrazione delle proteine dopo l'elettroforesi, per valutare la performance della membrana di elettroforesi.