Rearchers van Brown Universiteit het 'n nuwe biochip sensor ontwikkel wat selektief konsentrasies kan meet glukose in 'n komplekse oplossing soortgelyk aan menslike speeksel. Die voorskot is 'n belangrike stap na 'n toestel Dit sal mense in staat stel diabetes Om hul glukosevlakke te toets sonder om bloed te teken.

Die nuwe chip maak gebruik van 'n reeks spesifieke chemiese reaksies gekombineer met plasmoniese interferometrie, 'n manier om chemiese handtekening van verbindings met behulp van lig op te spoor. Die toestel is sensitief genoeg om verskille in glukosekonsentrasies op te spoor wat slegs 'n paar duisend molekules in die gemonsterde volume beloop.

Lees meer oor wetenskap elke dag 

"Ons het die sensitiwiteit getoon wat nodig is om glukosekonsentrasies tipies in speeksel te meet, wat tipies 100 keer laer is as in bloed," het Domenico Pacifici, assistent-professor in ingenieurswese by Brown, gesê. "Nou kan ons dit met uiters hoë spesifisiteit doen, wat beteken dat ons glukose kan onderskei van die agtergrondkomponente van speeksel." Die nuwe navorsing word beskryf in die voorbladartikel van die Junie-uitgawe van die joernaal Nanophotonics. Die biochip is gemaak van 'n vierkantige kwarts bedek met 'n dun laag silwer. In die silwer geëts is duisende nanoschaal interferometers - klein splete met 'n groef aan elke kant. Die groewe meet 200 nanometers wyd en die spleet is 100 nanometers wyd - ongeveer 1,000 keer dunner as 'n menslike hare. Wanneer die lig op die skyfie geskyn word, veroorsaak die groewe 'n golf vrye elektrone in die silwer - 'n oppervlak plasmon polariton - om na die spleet te propageer. Die golwe inmeng met lig wat deur die spleet beweeg. Gevoelige detektors meet dan die interferensiepatrone wat deur die groewe en splete gegenereer word.
Wanneer 'n vloeistof op die skyfie geplaas word, versprei die lig en die oppervlak plasmongolwe deur daardie vloeistof voordat hulle met mekaar inmeng. Dit verander die interferensiepatrone wat deur die detectore opgetel word, afhangende van die chemiese samestelling van die vloeistof. Deur die afstand tussen die groewe en die middelste spleet aan te pas, kan die interferometers gekalibreer word om die handtekening van spesifieke verbindings of molekules te bepaal, met hoë sensitiwiteit in uiters klein monstervolumes. In 'n referaat wat in 2012 gepubliseer is, het die Brown-span getoon dat interferometers op 'n biochip gebruik kan word om glukose in water op te spoor. Egter selektief die opsporing van glukose in 'n komplekse oplossing soos menslike speeksel was nog 'n saak.

"Speeksel is ongeveer 99 persent water, maar dit is die 1 persentasie wat nie water is wat probleme bied nie," het Pacifici gesê. "Daar is ensieme, soute en ander komponente wat die respons van die sensor kan beïnvloed. Met hierdie vraestel het ons die probleem van spesifisiteit van ons sensingskema opgelos. "
Hulle het dit gedoen deur kleurstofchemie te gebruik om 'n spoorbare merker vir glukose te skep. Die navorsers het mikrofluidiese kanale aan die chip bygevoeg om twee ensieme wat op 'n baie spesifieke manier met glukose reageer, bekend te stel. Die eerste ensiem, glukose oksidase, reageer met glukose om 'n molekule waterstofperoksied te vorm. Hierdie molekule reageer dan met die tweede ensiem, peperwortelperoksidase, om 'n molekule genaamd resorufin te genereer, wat rooi lig kan absorbeer en uitstraal en sodoende die oplossing kan kleur. Die navorsers kan dan die interferometers aanpas om na die rooi resorufin molekules te kyk.
"Die reaksie gebeur op een-een-een manier: 'n Molekule glukose genereer een molekule resorufin," het Pacifici gesê. "So kan ons die aantal resorufin molekules in die oplossing tel, en bepaal die aantal glukosemolekules wat oorspronklik in oplossing was."
Die span het sy kombinasie van kleurstofchemie en plasmoniese interferometrie getoets deur glukose in kunsmatige speeksel, 'n mengsel van water, soute en ensieme te soek wat op die regte menslike speeksel lyk. Hulle het bevind dat hulle resorufin in reële tyd met groot akkuraatheid en spesifisiteit kan opspoor. Hulle kon veranderinge in glukosekonsentrasie van 0.1 mikromole per liter opspoor - 10 keer die sensitiwiteit wat alleen deur interferometers bereik kan word.
Die volgende stap in die werk, sê Pacifici, is om die metode te begin toets in ware menslike speeksel. Uiteindelik hoop die navorsers dat hulle 'n klein, selfstandige toestel kan ontwikkel wat diabetici 'n nie-invasieve manier kan gee om hul glukosevlakke te monitor.
Daar is ook ander potensiële toepassings.
"Ons kalibreer nou hierdie toestel vir insulien," het Pacifici gesê. "In beginsel kan ons hierdie 'plasmoniese kuvette'-sensor behoorlik verander vir die opsporing van enige molekule van belang.'
Dit kan gebruik word om gifstowwe in lug of water op te spoor of in die laboratorium gebruik om chemiese reaksies te monitor aangesien dit in reële tyd op die sensoroppervlak voorkom, het Pacifici gesê.

'N Plasmoniese interferometer kan glukosemolekules in water opspoor. Deteksie van glukose in 'n komplekse vloeistof is meer uitdagend. Die beheer van die afstand tussen groewe en die gebruik van kleurstofchemie op glukosemolekules stel navorsers in staat om glukosevlakke te meet ondanks die 1-persentasie speeksel wat nie water is nie.

http://www.brown.edu/

Krediet: Beeld met vergunning van Brown Universiteit