داء السكري: ستقيس البيوشيبية مستوى الجلوكوز في اللعاب البشري

الباحثون من جامعة براون طورت مستشعرًا حيويًا جديدًا يمكنه قياس تركيزات انتقائيًا جلوكوز في حل معقد مماثل ل اللعاب البشري. تقدم خطوة مهمة نحو جهاز من شأنها أن تمكن الناس مع مرض السكري لاختبار مستويات الجلوكوز دون سحب الدم.

الرقاقة الجديدة تستفيد من سلسلة محددة التفاعلات الكيميائية جنبا إلى جنب مع التداخل البلازمي ، وسيلة للكشف عن التوقيع الكيميائي للمركبات باستخدام الضوء. الجهاز حساس بدرجة كافية لاكتشاف الاختلافات في تركيزات الجلوكوز التي لا تتجاوز بضعة آلاف من الجزيئات في حجم العينة.

قراءة على العلوم اليومية 

وقال دومينيكو باسيفيك ، أستاذ الهندسة المساعد في براون ، الذي قاد البحث: "لقد أظهرنا الحساسية اللازمة لقياس تركيزات الجلوكوز المعتادة في اللعاب ، والتي تكون عادة أقل من 100 مرات في الدم". "الآن أصبحنا قادرين على القيام بذلك بخصوصية عالية للغاية ، مما يعني أنه يمكننا التمييز بين الجلوكوز ومكونات الخلفية من اللعاب." يوصف البحث الجديد في مقالة غلاف عدد يونيو من مجلة Nanophotonics. الراتنجات مصنوعة من قطعة واحدة مربعة من الكوارتز مطلية بطبقة رقيقة من الفضة. محفور في الفضة الآلاف من مقاييس التداخل النانوية - الشقوق الصغيرة مع الأخدود على كل جانب. تقيس الأخاديد نانومتر 200 عريضًا ، والشق نانومتر 100 عريض - حوالي 1,000 أضعاف المرات من شعرة الإنسان. عندما يضيء الضوء على الرقاقة ، تتسبب الأخاديد في موجة من الإلكترونات الحرة في الفضة - بولاريتون plasmon السطح - تنتشر في اتجاه الشق. تتداخل تلك الموجات مع الضوء الذي يمر عبر الشق. ثم تقوم أجهزة الكشف الحساسة بقياس أنماط التداخل الناتجة عن الأخاديد والشقوق.
عندما يتم إيداع السائل على الرقاقة ، تنتشر موجات الضوء والبلازما السطحية عبر هذا السائل قبل أن تتداخل مع بعضها البعض. هذا يغير أنماط التداخل التي التقطتها أجهزة الكشف ، وهذا يتوقف على التركيب الكيميائي للسائل. عن طريق ضبط المسافة بين الأخاديد والشق المركزي ، يمكن معايرة أجهزة قياس التداخل للكشف عن توقيع مركبات أو جزيئات محددة ، مع حساسية عالية في أحجام عينة صغيرة للغاية. في ورقة نشرت في 2012 ، أظهر فريق براون أنه يمكن استخدام مقاييس التداخل على الرقاقة البيولوجية للكشف عن الجلوكوز في الماء. ومع ذلك ، كان الكشف عن الجلوكوز بشكل انتقائي في محلول معقد مثل اللعاب البشري مسألة أخرى.

وقال باسيفيكي: "إن اللعاب عبارة عن حوالي 99 من المياه ، لكن نسبة 1 لا تمثل مشكلة في الماء." "هناك إنزيمات وأملاح ومكونات أخرى قد تؤثر على استجابة المستشعر. من خلال هذه الورقة ، قمنا بحل مشكلة خصوصية مخطط الاستشعار لدينا. "
لقد فعلوا ذلك باستخدام كيمياء الصبغ لإنشاء علامة تتبع للجلوكوز. أضاف الباحثون قنوات ميكروفلويديك إلى الرقاقة لإدخال اثنين من الإنزيمات التي تتفاعل مع الجلوكوز بطريقة محددة للغاية. يتفاعل الإنزيم الأول ، أوكسيديز الجلوكوز ، مع الجلوكوز ليشكل جزيء من بيروكسيد الهيدروجين. يتفاعل هذا الجزيء بعد ذلك مع الإنزيم الثاني ، بيروكسيداز الفجل ، لتكوين جزيء يسمى ريسوروفين ، والذي يمكنه امتصاص الضوء الأحمر وتنبعث منه ، وبالتالي تلوين المحلول. يمكن للباحثين بعد ذلك ضبط توليف التداخل للبحث عن جزيئات ريسوروفين الحمراء.
وقال باسيفيكي: "يحدث التفاعل بطريقة فردية: جزيء الجلوكوز يولد جزيء واحد من الريسوروفين". "لذلك يمكننا حساب عدد جزيئات الريسوروفين في المحلول ، واستنتاج عدد جزيئات الجلوكوز التي كانت موجودة أصلاً في المحلول."
اختبر الفريق مزيجًا من كيمياء الأصباغ وقياس التداخل البلازميمي عن طريق البحث عن الجلوكوز في اللعاب الاصطناعي ، وهو مزيج من الماء والأملاح والإنزيمات التي تشبه اللعاب البشري الحقيقي. وجدوا أنها يمكن أن تكتشف ريسوروفين في الوقت الحقيقي بدقة كبيرة وخصوصية. لقد كانوا قادرين على اكتشاف التغيرات في تركيز الجلوكوز في ميكرومول 0.1 لكل لتر - تضاعف 10 الحساسية التي يمكن تحقيقها بواسطة مقاييس التداخل وحدها.
يقول باسفيكي إن الخطوة التالية في العمل هي البدء في اختبار الطريقة في لعاب بشري حقيقي. في نهاية المطاف ، يأمل الباحثون أن يتمكنوا من تطوير جهاز صغير قائم بذاته يمكن أن يمنح مرضى السكر وسيلة غير موسعة لمراقبة مستويات الجلوكوز لديهم.
هناك تطبيقات محتملة أخرى كذلك.
وقال باسفيكي: "إننا نقوم الآن بمعايرة هذا الجهاز بحثًا عن الأنسولين ، لكن من حيث المبدأ يمكننا تعديل مستشعر" البلازمونيت كوفيت "هذا بشكل صحيح للكشف عن أي جزيء ذي أهمية."
وقال باسفيكي إنه يمكن استخدامه للكشف عن السموم في الهواء أو الماء أو استخدامها في المختبر لمراقبة التفاعلات الكيميائية عند حدوثها على سطح المستشعر في الوقت الحقيقي.

يمكن لمقياس التداخل البلازمي اكتشاف جزيئات الجلوكوز في الماء. يعد اكتشاف الجلوكوز في سائل معقد أكثر صعوبة. إن التحكم في المسافة بين الأخاديد واستخدام كيمياء الصبغ على جزيئات الجلوكوز يسمح للباحثين بقياس مستويات الجلوكوز على الرغم من 1 في المئة من اللعاب غير المائي.

http://www.brown.edu/

الائتمان: الصورة مجاملة من جامعة براون

قد يعجبك ايضا