Voltametría cíclica de barrido rápido

La voltametría cíclica de barrido rápido ( FSCV ) es una voltametría cíclica con una velocidad de barrido muy alta (hasta1 × 10 ⁶ V · s ⁻¹  ). ^{[ 1 ]} La aplicación de una alta velocidad de barrido permite la adquisición rápida de un voltamograma en varios milisegundos y garantiza una alta resolución temporal de esta técnica electroanalítica . Se emplea de forma rutinaria una velocidad de adquisición de 10  Hz.

La FSCV en combinación con microelectrodos de fibra de carbono se convirtió en un método muy popular para la detección de neurotransmisores , hormonas y metabolitos en sistemas biológicos. ^{[ 2 ]} Inicialmente, la FSCV se utilizó con éxito para la detección de la liberación de aminas biogénicas electroquímicamente activas en células cromafines ( adrenalina y noradrenalina ), cortes cerebrales ( 5-HT , dopamina , norepinefrina ) e in vivo en animales anestesiados o despiertos y en comportamiento ( dopamina ). Perfeccionamientos posteriores del método han permitido la detección de 5-HT , HA , norepinefrina , adenosina , oxígeno , cambios de pH in vivo en ratas y ratones , así como la medición de la concentración de dopamina y serotonina en moscas de la fruta .

En la voltametría cíclica de barrido rápido (FSCV), se inserta un pequeño electrodo de fibra de carbono (de escala micrométrica) en células vivas, tejido o espacio extracelular . ^{[ 3 ]} El electrodo se utiliza para aumentar y disminuir rápidamente el voltaje en forma de onda triangular. Cuando el voltaje se encuentra en el rango correcto (típicamente ±1 voltio), el compuesto de interés se oxida y reduce repetidamente. Esto produce un movimiento de electrones en la solución que, en última instancia, crea una pequeña corriente alterna (de escala nanoamperios). ^{[ 4 ]} Al restar la corriente de fondo creada por la sonda de la corriente resultante, es posible generar una gráfica de voltaje vs. corriente única para cada compuesto. ^{[ 5 ]} Dado que se conoce la escala temporal de las oscilaciones de voltaje, esta se puede utilizar para calcular una gráfica de la corriente en la solución en función del tiempo. Las concentraciones relativas del compuesto se pueden calcular siempre que se conozca el número de electrones transferidos en cada reacción de oxidación y reducción.

Ventajas como la especificidad química, la alta resolución y las sondas no invasivas hacen de la FSCV una técnica poderosa para detectar cambios en las concentraciones químicas in vivo. ^{[ 3 ]} La especificidad química de la FSCV se deriva de los potenciales de reducción . Cada compuesto tiene un potencial de reducción único, por lo que el voltaje alterno se puede ajustar para seleccionar un compuesto en particular. ^{[ 5 ]} Como resultado, la FSCV se puede utilizar para medir una variedad de compuestos biológicos eléctricamente activos como catecolaminas, indolaminas y neurotransmisores . ^{[ 3 ]} También se pueden detectar cambios de concentración con respecto al ácido ascórbico , oxígeno , óxido nítrico e iones de hidrógeno ( pH ). ^{[ 2 ]} La FSCV también puede detectar neurotransmisores que contienen residuos de tirosina cuando se aplica una forma de onda de caballete modificada (Liu et al., 2022). Incluso se puede utilizar para medir múltiples compuestos al mismo tiempo, siempre que uno tenga un potencial redox positivo y el otro tenga un potencial redox negativo . La alta resolución se logra cambiando el voltaje a velocidades muy elevadas, lo que se conoce como velocidad de escaneo rápida. Las velocidades de escaneo para FSCV se encuentran en la escala de subsegundos, oxidando y reduciendo compuestos en microsegundos. Otra ventaja de FSCV es su capacidad para usarse in vivo. Los electrodos típicos consisten en pequeñas agujas de fibra de carbono de micrómetros de diámetro que se pueden insertar de forma no invasiva en tejidos vivos. ^{[ 2 ]} El tamaño del electrodo también permite explorar regiones cerebrales muy específicas. Por lo tanto, FSCV ha demostrado ser eficaz para medir fluctuaciones químicas en organismos vivos y se ha utilizado junto con varios estudios de comportamiento.

Los rangos aceptables de voltaje y corriente son limitaciones comunes de la FSCV. Para empezar, el potencial eléctrico debe mantenerse dentro del rango de voltaje de la electrólisis del agua (Eo = ± 1,23). Además, la corriente resultante debe permanecer baja para evitar la lisis celular y la despolarización celular . ^{[ 4 ]} La voltametría cíclica de barrido rápido también está limitada porque solo realiza mediciones diferenciales; las corrientes que mide son solo relativas al fondo, por lo que no se pueden usar para cuantificar concentraciones en reposo. Esto se debe en parte a que los niveles de corriente basal se ven afectados en gran medida por factores como el pH, por lo que durante períodos de tiempo más largos estos valores tienden a variar. La antigüedad del electrodo también es importante, y las sondas tienden a ser menos precisas cuanto más tiempo se usan.

Esta técnica también se limita a cuantificar las concentraciones de compuestos eléctricamente activos y solo puede utilizarse con moléculas específicas en sistemas biológicos. A pesar de ello, se han desarrollado métodos para medir los niveles de enzimas no eléctricas que poseen un sustrato electroactivo . ^{[ 4 ]} Sin embargo, en este caso, las sondas de electrodo también constituyen un factor limitante en la resolución de los datos. Al medir un sustrato electroactivo, la sonda suele estar recubierta con su enzima correspondiente. Para evitar la interacción de la enzima con diferentes sustratos, el electrodo también se recubre con un polímero que actúa como filtro selectivo contra determinados tipos de iones. No obstante, la adición de este polímero reduce la velocidad de los barridos de voltaje y, por consiguiente, la resolución de los datos.

• Bard, AJ; Faulkner, LR (2000). Métodos electroquímicos: Fundamentos y aplicaciones (2.ª  ed.). John Wiley & Sons . ISBN 0-471-04372-9.
• Michael, AC; Borland, LM, eds. (2007). Métodos electroquímicos para la neurociencia . CRC Press . ISBN 978-0-8493-4075-8.