Il ruolo dell' elettroosmosi durante l'applicazione di elettroporazione nei tessuti vegetali e animali valutato da un punto di vista meccanico ed elettrico

Abstract

L'elettroporazione è un fenomeno elettrico per cui i campioni biologici sottoposti a un campo elettrico sufficientemente elevato aumentano temporaneamente la permeabilità e la conducibilità. Questo fenomeno è utilizzato in vari campi, tra cui quello biomedico e quello della trasformazione alimentare. L'elettroosmosi, invece, è un processo di trasporto di massa che consente il movimento di un liquido sottoposto all'azione di un campo elettrico, rispetto a un solido stazionario con pareti elettricamente cariche, grazie all'interazione tra la ridistribuzione della carica e il campo elettrico. Questo effetto si verifica spesso in combinazione con altri fenomeni elettrici e trova diverse applicazioni nell'ingegneria civile, biomedica e alimentare. Proseguendo il lavoro svolto presso il laboratorio di biocibernetica di Lubiana da Genovese, sono stati osservati e studiati i fenomeni di trasporto di massa derivanti dal flusso elettroosmotico in seguito all'elettroporazione. È stato quindi ideato un sistema per rilevare il flusso elettroosmotico sottoponendo un campione biologico a una forza di compressione tramite un analizzatore di texture, sul quale è stato rilasciato un treno di 8 impulsi ad alta tensione tramite un generatore HV al fine di elettroporare il sistema. I dati meccanici sono stati acquisiti utilizzando il software dell'analizzatore di texture, mentre i dati elettrici sono stati acquisiti con un oscilloscopio. Successivamente, questi dati sono stati analizzati utilizzando l'ambiente MATLAB. Sono stati analizzati anche i campioni in cui il flusso elettroosmotico è stato indotto tramite un generatore LV dopo un'applicazione standard di elettroporazione. Il flusso elettroosmotico è risultato rilevabile sia nei tessuti vegetali che in quelli animali (i cui dati sono stati resi disponibili da Genovese et al.), anche se in misura modesta. Il tessuto vegetale presenta maggiori difficoltà nella rilevazione del flusso con questo metodo di acquisizione.

Electroporation is an electrical phenomenon in which biological samples subjected to a sufficiently high electric field temporarily increase permeability and conductivity. This phenomenon is used in various fields, including the biomedical or food processing fields. Electroosmosis, on the other hand, is a mass transport process that allows the movement of a liquid subjected to the action of an electric field, relative to a stationary solid with electrically charged walls, due to the interaction between charge redistribution and the electric field. This effect often occurs in conjunction with other electrical phenomena and also has various applications in civil engineering, biomedical engineering and food processing. Continuing the work carried out at the Ljubljana biocybernetic laboratory by Genovese, the mass transport phenomena resulting from electroosmotic flow following electroporation were observed and studied. Therefore, a system was devised to detect electroosmotic flow by subjecting a biological sample to a compressive force via a texture analyser, on which a train of 8 high-voltage pulses was released via an HV generator in order to electroporate the system. The mechanical data were acquired using the software inside the texture analyser, while the electrical data were acquired using an oscilloscope. Subsequently, these data were analysed using the MATLAB environment. Samples in which electroosmotic flow was induced via an LV generator following a standard application of electroporation were also analysed. Electroosmotic flux was found to be detectable in both plant and animal tissue (whose data were made available by Genovese et al.), albeit to a modest extent. Plant tissue presents greater difficulties in the detection of flux using this acquisition method. It has also been shown that electroosmotic flux is significantly higher when the sample is previously treated by electroosmosis.