Que es la electroforesis capilar

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Osatinsky, Raquel
¿Que es la electroforesis capilar?
Bioquímica y Patología Clínica, vol. 71, núm. 2, 2007, pp. 60-66
Asociación Bioquímica Argentina
Argentina
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Bioquímica y Patología Clínica
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¿Que es la electroforesis capilar? 
RESUMEN
La electroforesis capilar (CE) es una técnica de separación basada en la diferente 
velocidad de migración de las distintas especies cargadas bajo la acción de un 
campo eléctrico. La separación se lleva a cabo en un capilar de sílice fundida de 
diámetro muy pequeño ( 10-200 µm). El uso de estos capilares tiene múltiples 
ventajas: a) los capilares son anticonvectivos en sí mismos, por lo tanto, no es 
necesaria la utilización de un gel soporte como medio; b) el calor generado al pas-
ar la corriente eléctrica (efecto Joule), que daría lugar a problemas de gradientes 
de temperatura no uniformes ( cambios locales de viscosidad ), es fuertemente 
reducido, ya que la disipación de calor es muy efectiva; c) pueden aplicarse altos 
voltajes consiguiéndose una reducción del tiempo de análisis y altas eficiencias. 
Se la considera una técnica intermedia entre la clásica electroforesis de zona 
(ZE) y la cromatografía (HPLC) líquida.Utiliza el principio de la electroforesis capi-
lar en solución libre. 
La separación por CE es muy rápida, se realiza en menos de 5 minutos, con una 
reproducibilidad que muestran un coeficiente de variación (CVs) < 2%, muchos 
investigadores consideran que su sensibilidad es 10 veces mayor que la de la 
cromatografía líquida de alta performance.
Se conocen varios sistemas de separación por ésta tecnología. La electroforesis 
capilar de zona(CZE); el isoelectroenfoque capilar (CIEF); la isotacoforesis capilar 
( CITF) y la cromatografía micelar electrocinética (MECC). Desde 1990 el avance 
en ésta campo fue vertiginoso, ya que podemos incluir diagnósticos estudiando 
DNA, dficiencias enzimáticas, estudios de drogas de abuso en orina , estudios de 
esteroides y en cuando a el labortorio clínicoa, métodos para separasión de pro-
téinas séricas, urinarias , variantes de hemoglobina, crioglobulinas, líquido céfalo 
raquídeo, proteinas reactantes de la fase aguda y muchas variantes más. 
SUMMARY
The process of electrophoresis is defined as the differential movement or migra-
tion of ions by attraction or repulsion in an electric field. In practical terms, a 
positive ( anode) and negative (cathode) electrode are placed in a solution con-
taining ions. Then, when a voltage is applied across de electrodes, solute ions of 
different charge, i.e. anions (negative) and cations (positive), will move through 
the solution towards the electrode of opposite charge. Capillary electrophoresis, 
then is the technique of performing electrophoresis in buffer-filled, narrow-bore 
capillaries, normally from 25 to 100 µm in internal diameter.
The ends of a capillary are placed in separate buffer reservoirs, each containing a 
electrode connected to a high-voltage power supply. Capillary electrophoresis is 
very suited to automation, and the arrangement of comercial CE instruments will 
seen familiar to those with knowledge of modern HPLC. 
A vitally important feature of CE is the bulk flow of liquid through the capillry. 
This is called the electroosmotic flow. An uncoated fused-silica capillary tube is 
typically used por CE. The surface of the inside of the tube has ionisable silanol 
groups, which are in contac with the buffer during CE. These silanol groups readily 
dissociate, giving the capillary wall a negative charge. Therefore, when the capillary 
is filled with buffer, the negatively charged capillary wall attracts positively charged ions 
fron the buffer solution, creating an electrical double layer and a potential difference.
Raquel Osatinsky *
Bioquímica – Especialista en Química 
Clínica: Orientación Proteínas
Lugar de Trabajo:
MANLAB - Diagnóstico Bioquimico
M. T. de Alvear 2263
gerenciaanalitica@emanlab.com.ar
Enviar Correspondencia a:
Av. Corrientes 2818 - Piso10 - Dto. “D”
1193 – Ciudad A. de BS.As
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¿Que es la electroforesis capilar? 
Revista ByPC. Incorporada al Latindex. 
ISSN 1515-6761 Código Bibliográfico: RByPC
Trabajo Recibido: 20-07-07 Aceptado: 08-08-07
mailto:gerenciaanalitica@emanlab.com.ar
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Trabajo: págs 60 | 66
INTRODUCCION
La electroforesis capilar (CE) es una técnica de separación 
basada en la diferente velocidad de migración de las distin-
tas especies cargadas bajo la acción de un campo eléctrico. 
La separación se lleva a cabo en un capilar de sílice fundida 
de diámetro muy pequeño ( 10-200 μm). El uso de estos 
capilares tiene múltiples ventajas: a) los capilares son an-
ticonvectivos en sí mismos, por lo tanto, no es necesaria la 
utilización de un gel soporte como medio; b) el calor genera-
do al pasar la corriente eléctrica (efecto Joule), que daría lu-
gar a problemas de gradientes de temperatura no uniformes 
( cambios locales de viscosidad ), es fuertemente reducido, 
ya que la disipación de calor es muy efectiva; c) pueden 
aplicarse altos voltajes consiguiéndose una reducción del 
tiempo de análisis y altas eficiencias. (1-2-3)
Se la considera una técnica intermedia entre la clásica elec-
troforesis de zona (ZE) y la cromatografía (HPLC) líquida.(4-
5) Utiliza el principio de la electroforesis capilar en solución 
libre. J. Gras en el Capítulo 1 de su libro Proteínas Plasmáti-
cas (1983) dice: “Electroforesis libre.- Los grandes avances 
obtenidos en el estudio de las proteínas plasmáticas fueron 
conseguidos gracias a la electroforesis libre. Los elementos 
técnicos más fundamentales para la misma están constituí-
dos por la célula con electrodos y los dispositivos ópticos que 
permiten visualizar el fenómeno. Célula y electrodos: Desde 
las primeras determinaciones de movilidad electroforética 
llevados a cabo por Nernst y por Hardy, el tubo en U utilizado 
fue perfeccionado incesantemente por numerosos investi-
gadores, entre ellos por Tiselius, quien llego en 1937 a idear 
un tipo que ha sido desde entonces la base del utilizado en 
todos los aparatos de electroforesis analítica libre y median-
te el cual el método adquiere todo su desarrollo actual”. 
Arne Tiselius, Bioquímico sueco, fue Premio Nobel de Quími-
ca 1948. aisló e identificó por electroforesis proteínas de la 
sangre y de la leche, además obtuvo por absorción la sepa-
ración de diversos aminoácidos. (6)
La separación por CE es muy rápida, se realiza en menos de 
5 minutos, con una reproducibilidad que muestran un coefi-
ciente de variación (CVs) < 2%, muchos investigadores con-
sideran que su sensibilidad es 10 veces mayor que la de la 
cromatografía líquida de alta performance.(7-8-9)
Desde 1937, luego de la primera publicación de Tiselius, se 
multiplicaron las investigaciones sobre el tema, mejoran-
do el equipo , los capilares empleados, aplicando metodos 
como el isoelectroenfoque sobre éste sistema y en los últi-
mos tiempossu aplicación en bioquímica clínica.
Se conocen varios sistemas de separación por ésta tecno-
logía. La electroforesis capilar de zona(CZE); el isoelectro-
enfoque capilar (CIEF); la isotacoforesis capilar ( CITF) y la 
cromatografía micelar electrocinética (MECC). Desde 1990 
el avance en ésta campo fue vertiginoso, ya que podemos in-
cluir diagnósticos estudiando DNA, dficiencias enzimáticas, 
estudios de drogas de abuso en orina , estudios de esteroides 
y en cuando a el labortorio clínicoa, métodos para separasión 
de protéinas séricas, urinarias , variantes de hemoglobina, 
crioglobulinas, líquido céfalo raquídeo, proteinas reactantes 
de la fase aguda y muchas variantes más. (10-11-12)
Figura 1a. Tubo en U de Tiselius 
(J. Gras Proteinas Plasmáticas pag. 31 Ed. JMS 1983)
Figura 1b. Tubo de Tiselius acoplado
 a portaelectrodos y baño termo regulador.
(J.Gras Proteínas Plasmáticas- pag- 32. Ed. JMS 1983)
¿Que es la electroforesis capilar? 
FUNDAMENTOS
La electroforesis capilar es la modalidad más utilizada por 
su simplicidad operacional y versatilidad. Requiere peque-
ños volúmenes de muestra por lo que ha despertado un 
gran interés en diferentes campos, tal como lo demuestra 
el incremento de publicaciones realizadas en el área de la 
bioquímica y biotecnología, industria farmaceútica, análisis 
clínicos y medio ambiente. (13)
El capilar y los viales se llenan con una solución buffer. La 
muestra está formada por un conjunto de aniones y catio-
nes que se introduce dentro del sistema ocupando una úni-
ca zona. Al someterlo a la influencia de un campo eléctrico, 
migran hacia el electrodo correspondiente, estableciéndose 
un movimiento de iones que forman parte del sistema. 
Permite la separación de moléculas cargadas en función de 
su movilidad electroforética, en un buffer a un pH determina-
do, según el punto isoeléctrico (pI) de la molécula y de un flu-
jo electrosmótico (EOF) más o menos importante. El EOF es el 
flujo del líquido en el interior del capilar originado por la carga 
eléctrica negativa existente en la pared interna del capilar. En 
el caso de los capilares de sílice fundida ésta superficie de 
carga es generado por la ionización de los grupos silanol.
La carga de la superficie interna del capilar atrae hacia si 
iones positivos que forman una capa adyacente fija por 
adsorción ( capa de Stern ), y una capa difusa y móvil, tam-
bién positiva ( capa de Gouy – Chapman ). Los iones de la 
capa difusa experimentan una fuerza paralela a la superficie 
y migran hacia el cátodo al aplicarse una diferencia de po-
tencial entre los extremos del capilar. Éstos iones, al estar 
sulfatados, generan un movimiento global del flúido hacia 
el cátodo. Éste movimiento del flúido constituye la fuerza 
electrosmótica (EOF). (14-15)
La separación electroforética se efectúa en un capilar de 
díametro inferior a 100 μ m, que contiene un buffer. El uso 
de capilares para la separación electroforética tiene múlti-
ples ventajas. Los capilares son anticonvectivos, razón por 
la que no es necesario el empleo de un gel como soporte. 
El calor generado por el paso de la corriente eléctrica, que 
daría lugar a problemas de temperatura, está muy reducido 
porque la disipación del calor es muy efectiva.
DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO
Requiere una fuente de alto voltaje ( +/- 8000 voltios). Uno 
o más capilares cuyos extremos se encuentren sumergidos, 
junto con dos electrodos, en dos viales que contienen una 
solución buffer, un detector y un sistema de adquisición de 
datos. Los capilares son generalmente de sílice fundida, con 
diametros internos de +/- 50 nm, cubiertos con poliamida 
para darle flexibilidad y disminuir su fragilidad. El pequeño 
diámetro facilita la disipación del calor generado por la re-
sistencia eléctrica del electrolito dentro del capilar. La sílice 
fundida es mejor conductor de calor que cualquiera de los 
otros materiales usados para fabricar capilares de diámetro 
pequeño ( teflón, pyrex).
Durante las separaciones, los extremos del capilar están 
colocados en dos recipientes que contienen un buffer, el 
mismo con el que se ha llenado la columna. Junto con otras 
condiciones, la composición del buffer define el método de 
análisis. Ambos recipientes contienen el mismo buffer y su 
nivel debe ser el mismo en los dos para evitar cualquier tipo 
de flujo debido a un desequilibrio hidrostático. Al introducir 
el electrolito en el capilar, pueden formarse burbujas de aire, 
que provocan fluctuaciones en la línea de base e interrumpir 
la corriente eléctrica. Debe evitarse este problema.(16)
Existen distintos modelos de aparatos con sistemas muy si-
milares, variando en la cantidad de capilares que funcionan 
en forma simultánea. Es un método totalmente automatiza-
do. Se conocen dos equipos en el mercado*. que emplean 
el principio de electroforesis capilar en solución libre, uno 
tiene ocho capilares que funcionan en paralelo, permitien-
do realizar ocho determinaciones simultáneas y 90 en una 
hora y otros trabajan con seis capilares en forma simultá-
nea.(17)
INYECCIÓN DE LA MUESTRA
Existen diferentes sistemas de inyección en la electrofore-
sis capilar, se basan en aplicar un gradiente de voltaje ( elec-
trocinética) o en un gradiente de presión ( hidrodinámica o 
hidrostática), entre los dos extremos del capilar. En todos 
High
Voltage
Capilary
Detector
Recorder
Buffer
Figura 3. Esquema de un aparato de electroforesis 
capilar. (Jenkins M A. Clin Aplic of CE.- pag 2.- Human 
Press Inc. 1999)
Figura 2. Diagrama que muestra la dirección del flujo 
electrosmótico (EOF). (Jenkins MA.-Clin Apli. of CE- 
pag.3-Human Press Inc.1999)
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los casos, para introducir la muestra dentro del capilar, se 
cambia el vial de entrada por un vial con muestra y se aplica 
la inyección de la misma durante 10-30 segundos. Introdu-
ciendose en el capilar un volumen de muestra del orden de 
los nanolitros.
En la inyección hidrodinámica , la introducción de la mues-
tra en el capilar se efectúa mediante una diferencia de pre-
sión entre los dos extremos de la columna ( es el método 
convencional de inyección). 
Existen diferentes formas de producir una presión superior 
al extremo del capilar en contacto con la disolución de la 
muestra: por flujo gravitatorio de la disolución electrolítica 
mediante la elevación del vial con la muestra y la aplicación 
de presión sobre la misma, luego por succión de la mues-
tra aplicando vacío al vial de salida. Éste tipo de inyección 
no depende de la movilidad electroforética , ni de la com-
posición de la muestra. El volumen de muestra inyectada 
se define por las dimensiones del capilar, la viscosidad del 
electrolito, la presión aplicada y el tiempo. Se debe contro-
lar con presición la temperatura capilar porque puede verse 
afectada la viscosidad y variar la cantidad de muestra que 
se inyecta. En gran parte de los instrumentos de CE la di-
ferencia de presión se utiliza, además de para introducir la 
muestra, para renovar el buffer del capilar, ya que normal-
mente debe cambiarse luego de un número determinado de 
análisis para conseguir repetibilidad en el tiempo de migra-
ción en las muestras a determinar.
La inyección electrocinética se basa en que el voltaje puede 
causar movimientos electroforéticos y electrosmóticos. Se 
introduce un extremo del capilar en el vial que contiene la 
muestra y el otro extremo en el vial que contiene el buffer, 
se aplica un voltaje elevado durante un breve período de 
tiempo. Los compuestos se introducen en el caplilar por la 
acción conjunta de la migración y del efecto de la movilidad 
electrosmótica. Si el voltaje se aplica durante un un período 
de tiempo corto, la muestra se introducirá por el movimiento 
electroforético.
Diversos investigadores demostraron que por una serie de 
fenómenos que produce la inyección electrocinética es me-
nos reproducible que la inyección hidrodinámica. Los límites 
dedetección de los compuestos estudiados mediante la in-
yección electrocinética son aproximadamente cinco veces 
más bajos que los conseguidos con la hidrodinámica. 
SISTEMA DE DETECCIÓN
La detección se realiza directamente sobre el capilar, es 
decir que el mismo capilar actúa como celda de detección. 
El tipo de detector escogido dependerá de los analitos a de-
terminar y, siempre que se pueda, se escogerá aquel que 
proporcione una sensibilidad elevada para todos los com-
puestos.
El detector ultravioleta – visible es uno de los más emplea-
dos en la CE. La longitud de onda escogida es de 214 nm, o 
de 200 nm de acuerdo al equipo con el que se trabaja. Éste 
sistema a pesar de la estabilidad y facilidad de operación, 
presenta algunos incovenientes ya que opera a una única 
longidtud de onda. La introducción del detector de diodos 
en fila ha resuelto este problema permitiendo adquirir al 
mismo tiempo el espectro de cada uno de los analitos en un 
mismo análisis. Una alternativa a la detección UV-Visible es 
la detección de fluorescencia, que es ampliamente utilizada 
en bioquímica clínica. Otro tipo de detección utilizada por la 
CE es la electroquímica, los más utilizados han sido los con-
ductimétricos y los amperométricos. 
PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN
Flujo electrosmótico (EOF).- En la CE, se desplazan por el ca-
pilar bajo la influencia de la corriente eléctrica, las moléculas 
de soluto y la solución buffer. Éste es un fenómeno cono-
cido como flujo electrosmótico. El polo positivo o ánodo se 
encuentra en el extremo del capilar donde se realiza la inyec-
ción de la muestra. El EOF va del polo positivo al negativo, de 
manera que el buffer se mueve del vial que lo contiene ( el de 
entrada) hacia el detector, en el vial de salida. La pared del 
capilar está constituida por un entramado de grupos silanol 
, por lo tanto al trabajar con bufferes básicos se encuentra 
cargada negativamente con grupos sialonatos, y hace que 
las otras cargas positivas libres se situen cerca de las cargas 
negativas de la pared formando una doble capa. Al aplicar 
una diferencia de potencial las cargas libres (positivas y ne-
gativas) se moveran hacia los polos contrarios. Las cargas 
negativas de la pared no pueden moverse dando como resul-
tado un flujo de cargas positivas hacia el polo negativo. 
FLUJO ELECTROFORÉTICO
Bajo la acción de un campo electrico, los solutos ionicos se 
desplazan a través del capilar : a) por el flujo electrosmotico 
que arrastra todo el seno de la disolución y b) la carga pro-
pia de un soluto hace que éste muestre una movilidad por si 
mismo, a lo que se denomina flujo electroforético. La movili-
dad electroforética de un soluto es función de su carga, del 
radio de la molécula y de la viscosidad del medio. Cuando se 
introduce una muestra en el capilar y se aplica una diferen-
cia de potencial, cada uno de sus componentes tendrá una 
movilidad que dependerá de las velocidades electrosmóti-
cas y electroforéticas. (18-19)
Una vez inyectada la muestra por aspiración en el o los capila-
res, se procede a la separación de la misma, aplicando una di-
ferencia de potencial de varios miles de voltios (≈ 8000), en los 
extremos de cada capilar. La detección directa de las proteínas 
se lleva a cabo a 200 nm en el extremo catódico del capilar. 
Las proteínas separadas ( en capilares de sílice fundido) 
son detectadas directamente en una burbuja existente en 
el capilar por espectrofotometría de absorbancia. Emplean-
¿Que es la electroforesis capilar? 
do buffer a pH alcalino, el orden de migración de las proteí-
nas es el siguiente:
Gamma globulinas
2 globulinas
1 globulinas
2 globulinas
1 globulinas
Albúmina 
Se visualiza la curva que produce el contenido proteico de 
la muestra. La detección es directa por cuanto “no existe el 
paso correspondiente a la coloración y decoloración de las 
corridas”. La figura similar a una electroforesis en agarosa 
que se observa en un costado de la pantalla donde se obtie-
nen los datos es virtual. (20-21)
Como ya se mencionó los equipos de CE para su aplicación 
en el laboratorio bioquímico clínico separan las proteínas sé-
ricas en forma similar a las que se observan en los equipos 
que emplean agarosa como soporte. Debe quedar claro que 
el proteinograma electroforético está expresado directa-
mente en la curva que se observa en la pantalla del monitor. 
La lectura de los valores se realizan a 200 nm y expresan 
el contenido directo de cada fracción visualizada. Tiene una 
sensibilidad muy grande que se ve en los detalles de la cur-
va, sobre todo en la zona de las alfa 1, alfa 2 y gamas. Con 
éste método se puede observar con más frecuencia la pre-
sencia de bisalbuminemias. Respecto de las patentes oligo 
y monoclonales en la zonade las gamas, asi como la presen-
cia de pequeñas bandas homogéneas son visibles conclari-
dad. Probablemente las pequeñas bandas homogéneas en 
la zona de las betas deban observarse con más detenimien-
to. Es un método completamente distinto a las electrofore-
sis de zona tanto en agarosa como en acetato de celulosa 
Alb. � 1 � 2 �1 �2 �
Figura 4a. Curva de CE normal *
Alb. �1 � 2 � 1 �2 �
Figura 4b. Curva de CE normal *
Éste método tiene una sensibilidad mayor en la definición de las 
fracciones que presenta la curva, relacionada con lasconcentraciones 
de las proteínas tanto absolutas como las relativas.
Figura 5a. Aumento de las fracciones α1 y α2 
Gamma globulina con patente oligoclonal. ***
Figura 5b. Gamma globulina con patente *** oligoclonal.
Observar en fig. a y en la b los distintos picos correspondientes 
a las múltiples bandas homogéneas.
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y como toda innovación debe estudiarse, validarse, hacer 
trabajos comparativos para asegurar un resultado correcto.
La gammapatías monoclonales se diagnostican por la curva 
y la tipificación de las mismas se realiza por inmunofijación 
(22) . En el sistema de CE la IF se efectúa por el método de 
inmunosubstracción. (23-24-25-26)
Las electroforesis de hemoglobina realmente son inmejora-
bles, ya que permite la separación y valoración precisa de 
las diferentes fracciones de la hemoglobina A, A2 y HbF, asi 
como de las difrentes hemoglobinopatías estructurales. En 
el caso de la presencia de una probable HbLepore la separa 
de una probable HbS, tambien cuando se presentan proba-
bles Hb C y/o E se puede cuantificar la fracción de la HbA2 
que ninguno de los métodos de electroforesis de zona sobre 
agarosa lo soluciona. (27)
CONCLUSIÓN
Considero que la aplicación de la electroforesis capilar en el 
laboratorio clínico permite contar con una herramienta téc-
nica de gran versatilidad. Es completamente automático, 
tiene una gran sensibilidad, acorta el tiempo por cada análi-
sis que realiza disponiendo el profesional a cargo emplearlo 
para analizar con tranquilidad los resultados y validarlos 
y/o realizar otras tareas dentro del laboratorio.
* Los equipos mencionados son :Capillarys 2 de Sebia y Pa-
ragon 2000 CZE de Beckman.
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¿Que es la electroforesis capilar? 
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