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Las proteínas anticongelantes (AFP) y las glicoproteínas anticongelantes (AFGP) protegen a varios organismos adaptados al frío de los daños causados por las heladas1. Las AFP y AFGP (generalizadas como AF(G)Ps) inhiben el crecimiento de cristales de hielo al unirse irreversiblemente a sus superficies e inhibir un mayor crecimiento debido al efecto Gibbs-Thomson 2,3,4,5. La brecha resultante que se forma entre la temperatura de fusión, que no cambia en gran medida, y la temperatura de congelación recién deprimida se llama histéresis térmica (TH) y representa un parámetro medible correspondiente a la actividad de AFP6. El uso de AFP para inhibir el crecimiento del hielo tiene aplicaciones de gran alcance y diversas, que ofrecen una mejora potencial en diversos campos, incluida la criopreservación, la calidad de los alimentos congelados y la protección de los cultivos expuestos al frío.
La cristalización del agua a bajas temperaturas y altas presiones en presencia de pequeñas moléculas orgánicas resulta en la formación de hidratos de clatrato (o hidratos de gas), donde el hidrato más abundante es el hidrato de metano7. La cristalización de hidratos de metano en las líneas de flujo de gas/petróleo puede causar tapones, que pueden causar explosiones debido a la ignición de gas 8,9,10. Los esfuerzos actuales para prevenir la cristalización de hidratos en las líneas de flujo incluyen el uso de inhibidores termodinámicos (alcoholes y glicoles) y cinéticos (principalmente polímeros)11,12,13,14. También se ha encontrado que las AFP se unen a los cristales de hidrato de clatrato e inhiben su crecimiento, lo que apunta al uso potencial de AFP para dificultar la formación de tapones, proporcionando así una solución más verde15.
La microfluídica es un método predominante utilizado para estudiar las propiedades de los fluidos en volúmenes de muestra minúsculos (hasta fL) que fluyen a través de una red de microcanales16. Los microcanales siguen un patrón creado en una oblea de silicio (el molde) utilizando litografía17. Un material comúnmente utilizado para fabricar dispositivos microfluídicos es el polidimetilsiloxano (PDMS), que es barato y relativamente fácil de trabajar en laboratorios de investigación. El diseño de las características (canales) se compone con respecto al propósito específico del dispositivo; por lo tanto, se puede utilizar para una variedad de aplicaciones, incluyendo la detección de ADN18, el diagnóstico médico19 y los procesos de cristalización 3,20,21.
El presente protocolo describe un método microfluídico único para cultivar cristales de hielo e hidratos de tamaño micrométrico con varios inhibidores, incluidos AFP y AFGP. Para estos experimentos, se utilizaron hidratos de tetrahidrofurano (THF) para imitar las propiedades de los hidratos de gas metano22, que requieren equipos especializados para el control de presión y temperatura23. Se utilizaron AF(G)P marcados fluorescentemente para visualizar y analizar la adsorción de las proteínas a la superficie cristalina, y junto con imágenes fluorescentes, el enfoque microfluídico permitió la obtención de características clave del proceso de unión de estas moléculas a superficies cristalinas.