Пазители от Браун университет са разработили нов биочип сензор, който може избирателно да измерва концентрациите на гликоза в сложно решение, подобно на човешка слюнка, Авансирането е важна стъпка към а приспособление това ще даде възможност на хората с диабет да тестват нивата си на глюкоза, без да текат кръв.

Новият чип използва серия от специфични химична реакция комбиниран с плазмонна интерферометрия, средство за откриване на химичен подпис на съединения, използващи светлина. Устройството е достатъчно чувствително, за да открие разликите в концентрациите на глюкоза, които възлизат на само няколко хиляди молекули в извадката.

READMORE ON SCIENCE ДНЕС 

"Ние демонстрирахме чувствителността, необходима за измерване на концентрациите на глюкоза, характерни за слюнката, които обикновено са 100 пъти по-ниски, отколкото в кръвта", казва Доменико Пакифлу, асистент по инженерство в Браун, който е ръководил изследването. "Сега можем да направим това с изключително висока специфичност, което означава, че можем да различим глюкозата от фоновите компоненти на слюнката". Новото изследване е описано в статията от юниския брой на списание Nanophotonics. Биочипът е направен от квадратна квадратна част, покрита с тънък слой сребро. В среброто са гравирани хиляди интерферометри на наномащаба - малки прорези с жлеб от всяка страна. Следите измерват 200 нанометра широко, а прорезът е 100 нанометри широк - около 1,000 пъти по-тънък от човешка коса. Когато светлината се излъчва върху чипа, жлебовете предизвикват вълна от свободни електрони в среброто - повърхностен плазмонен полярит - да се разпространяват към процепа. Тези вълни пречат на светлината, която преминава през прореза. Чувствителните детектори след това измерват схемите на смущения, генерирани от жлебовете и прорезите.
Когато течността се отлага върху чипа, светлината и повърхностните плазмонови вълни се разпространяват през тази течност, преди да се намесват помежду си. Това променя схемите за смущения, които се получават от детекторите, в зависимост от химическия състав на течността. Чрез настройване на разстоянието между жлебовете и централния процеп, интерферомерите могат да бъдат калибрирани, за да се открие подписването на специфични съединения или молекули с висока чувствителност в изключително малки обеми на пробите. В доклад, публикуван в 2012, екипът на Браун показа, че интерферометри на биочип могат да се използват за откриване на глюкоза във вода. Обаче селективно откриване на глюкоза в сложен разтвор като човешка слюнка е друг въпрос.

"Слюнката е за 99 процент вода, но това е процентът 1, който не е вода, която създава проблеми", каза Pacifici. "Има ензими, соли и други компоненти, които могат да повлияят на реакцията на сензора. С тази статия ние решихме проблема за спецификата на нашата система за наблюдение. "
Те направиха това, като използваха химикал за боядисване, за да създадат маркер за глюкоза, който може да бъде проследен. Изследователите добавят микрофлуидни канали към чипа, за да въведат два ензима, които реагират с глюкоза по много специфичен начин. Първият ензим, глюкозоксидазата, реагира с глюкоза, за да образува молекула водороден пероксид. Тази молекула след това реагира с втория ензим, пероксидаза от хрян, за да генерира молекула, наречена резорфин, която може да абсорбира и излъчва червена светлина, като по този начин оцветява разтвора. След това изследователите могат да настроят интерферометрите да търсят червените молекули на резорфюн.
"Реакцията се случва по един-единствен начин: Молекула глюкоза генерира една молекула от резорффин", каза Pacifici. "Така че можем да преброим броя на молекулите на резорффин в разтвора и да изведем броя на глюкозните молекули, които първоначално са били в разтвора".
Екипът изследва комбинацията от химикали на багрилото и плазмонна интерферометрия, като търси глюкоза в изкуствена слюнка, смес от вода, соли и ензими, която наподобява истинската човешка слюнка. Те открили, че могат да открият resorufin в реално време с голяма точност и специфичност. Те са в състояние да открият промени в концентрацията на глюкоза на 0.1 микромола на литър - 10 пъти чувствителността, която може да бъде постигната само с интерферометри.
Следващата стъпка в работата, казва Pacifici, е да започне да тества метода в истинска човешка слюнка. В крайна сметка изследователите се надяват, че ще могат да развият малко, самостоятелно устройство, което да даде на диабетици неинвазивен начин за наблюдение на нивата на глюкозата.
Съществуват и други потенциални приложения.
- Сега калибрираме това устройство за инсулин - каза Pacifici, - но по принцип можем да променим правилно този сензор за "плазмонна кювета" за откриване на всяка молекула, която представлява интерес.
Той може да се използва за откриване на токсини във въздуха или водата или да се използва в лабораторията за наблюдение на химичните реакции, които се появяват на повърхността на сензора в реално време, каза Paciif.

Плазмонен интерферометър може да открива глюкозни молекули във вода. Откриването на глюкоза в сложна течност е по-голямо предизвикателство. Контролирането на разстоянието между каналите и използването на химията на багрилото върху глюкозните молекули позволява на изследователите да измерват нивата на глюкозата въпреки процентното съдържание на 1 на слюнката, което не е вода.

http://www.brown.edu/

Кредит: Снимката е предоставена от университета Браун