Навукоўцы з універсітэт Браўна распрацавалі новы датчык биочипов, які можа выбарачна вымяраць канцэнтрацыю глюкоза у складаным растворы, аналагічным сліна чалавека. Загадзя з'яўляецца важным крокам на шляху да прылада што дазволіць людзям дыябет праверыць свае ўзроўні глюкозы без прыцягнення крыві.

Новы чып выкарыстоўвае шэраг спецыфічных хімічныя рэакцыі У спалучэнні з плазмоннай інтэрферометріяй, сродкам выяўлення хімічнай подпісы злучэнняў з выкарыстаннем святла. Прылада досыць адчувальная для выяўлення адрозненняў у канцэнтрацыі глюкозы, якія складаюць усяго некалькі тысяч малекул у аб'ёме выбаркі.

Чытайце больш аб штодзённай навуцы 

"Мы прадэманстравалі адчувальнасць, неабходную для вымярэння канцэнтрацыі глюкозы, характэрнай для сліны, якія, як правіла, у 100 у разы менш, чым у крыві", - сказаў Даменіка Пасіці, дацэнт Інжынерна-тэхнічнага супрацоўніцтва ў Браўне. "Цяпер мы можам зрабіць гэта з вельмі высокай спецыфікай, а гэта значыць, што мы можам адрозніць глюкозу ад фонавых кампанентаў сліны". Новыя даследаванні апісаны ў вокладцы чэрвеньскага нумару часопіса "Нанафатоніка". Біяхіп зроблены з кварца з цалевым цалём квадратнага пакрыцця тонкім пластом срэбра. У срэбры натхнёныя тысячы наноразмерных інтэрферометраў - малюсенькія шчыліны з пазай з кожнага боку. Пазы вымяраюць нанаметрамі 200 у шырыню, а шчыліна ў шырыню нанаметраў 100 - прыкладна ў 1,000 у разы тончэй, чым у чалавечых валасоў. Калі на чыпе ззяе святло, пазы выклікаюць хвалю свабодных электронаў у срэбры - павярхоўнай плазменнай палярытон - для распаўсюджвання ў бок шчыліны. Гэтыя хвалі перашкаджаюць святла, які праходзіць праз шчыліну. Адчувальныя дэтэктары вымяраюць шаблоны перашкод, створаных пазамі і шчылінамі.
Калі вадкасць наносіцца на чып, святло і паверхневыя плазмонныя хвалі распаўсюджваюцца праз гэтую вадкасць, перш чым яны будуць перашкаджаць адзін аднаму. Гэта змяняе шаблоны перашкод, падабраных дэтэктарамі, у залежнасці ад хімічнага складу вадкасці. Рэгулюючы адлегласць паміж пазамі і цэнтральнай шчылінай, інтэрферометры могуць быць адкалібраваны для выяўлення подпісы канкрэтных злучэнняў або малекул, з высокай адчувальнасцю да вельмі малых аб'ёмаў узораў. У артыкуле, апублікаванай у 2012, каманда Браўна паказала, што для выяўлення глюкозы ў вадзе могуць быць выкарыстаны інтэрферометры на біяхіпе. Аднак селектыўнае выяўленне глюкозы ў складаным растворы, падобным на сліну чалавека, было іншым пытаннем.

"Сліна - гэта каля 99-працэнтнай вады, але гэта 1-гэта не вада, якая выклікае праблемы", - сказаў Pacifici. «Ёсць ферменты, солі і іншыя кампаненты, якія могуць паўплываць на рэакцыю датчыка. У гэтым артыкуле мы вырашалі праблему спецыфікі схемы зандзіравання ».
Яны зрабілі гэта з дапамогай хіміі фарбавальнікаў для стварэння адсочваецца маркера для глюкозы. Даследчыкі дадалі ў мікрасхемы мікрафлюідальныя каналы, каб увасобіць два ферменты, якія рэагуюць з глюкозай вельмі спецыфічна. Першы фермент, глюкоза-аксідаза, рэагуе з глюкозай і ўтварае малекулу перакісу вадароду. Затым гэтая малекула рэагуе з другім ферментам, пероксидазой хрэна, для атрымання малекулы пад назвай resorufin, які можа паглынаць і выпраменьваць чырвонае святло, тым самым афарбоўваючы раствор. Затым даследчыкі маглі наладзіць інтэрферометры, каб шукаць малекулы чырвонага рэзаруфіна.
"Рэакцыя адбываецца адзін-на-адзін: малекула глюкозы стварае адну малекулу рэсоруфіна", - сказаў Ціхікіці. «Такім чынам, мы можам падлічыць колькасць малекул resorufin ў растворы і вызначыць колькасць малекул глюкозы, якія першапачаткова прысутнічалі ў растворы.»
Каманда правяла камбінацыю хімічных фарбавальнікаў і плазмоннай інтэрферометріі, шукаючы глюкозу ў штучнай сліне, сумесі вады, соляў і ферментаў, якія нагадваюць сапраўдную сліну чалавека. Яны выявілі, што змаглі выявіць рэсоруфін у рэжыме рэальнага часу з вялікай дакладнасцю і спецыфікай. Яны змаглі выявіць змены ў канцэнтрацыі глюкозы микромолей 0.1 на літр - 10, чым раз адчувальнасць, якую можна дасягнуць толькі ў інтэрферометрах.
Наступным крокам у працы, па ягоных словах, пачынаецца праверка метаду ў сапраўднай сліне чалавека. У канчатковым рахунку, даследчыкі спадзяюцца, што яны могуць распрацаваць невялікае аўтаномнае прылада, якое дасць дыябетам неінвазіўны спосаб кантраляваць узровень глюкозы.
Ёсць і іншыя патэнцыйныя прыкладанні.
"Цяпер мы адкалібруем гэтую прыладу для інсуліну", - сказаў Тэйсіці. - Але ў прынцыпе мы маглі б правільна змяніць гэты датчык "плазмоннай кюветы" для выяўлення любой малекулы, якая ўяўляе цікавасць ".
Па яго словах, ён можа быць выкарыстаны для выяўлення таксінаў у паветры ці ў вадзе альбо ў лабараторыі для кантролю хімічных рэакцый, паколькі яны адбываюцца на паверхні датчыка ў рэжыме рэальнага часу.

Плазманны інтэрферометр можа выявіць малекулы глюкозы ў вадзе. Выяўленне глюкозы ў складанай вадкасці з'яўляецца больш складаным. Кантроль адлегласці паміж пазамі і выкарыстанне хіміі фарбавальнікаў на малекулах глюкозы дазваляе даследчыкам вымяраць узровень глюкозы, нягледзячы на ​​1 адсотак сліны, якая не з'яўляецца вадой.

http://www.brown.edu/

Крэдыт: Выява ласкава ўніверсітэта Браўна