Rearchers iz Brown University razvili su novi biochip senzor koji može selektivno mjeriti koncentracije glukoza u složenom rješenju slično ljudska pljuvačka. Napredak je važan korak ka a uređaj što bi ljudima omogućilo dijabetes da testiraju nivoe glukoze bez crpanja krvi.

Novi čip koristi seriju specifičnih hemijske reakcije u kombinaciji sa plazmoničkom interferometrom, sredstvom za detektovanje hemijskog potpisa jedinjenja pomoću svetlosti. Uređaj je dovoljno osjetljiv da otkrije razlike u koncentracijama glukoze koje sadrže samo nekoliko hiljada molekula u uzorkovanoj zapremini.

READMORE ON SCIENCE DAILY 

"Pokazali smo senzitivnost koja je potrebna za merenje koncentracija glukoze u tipičnoj pljuvači, koja je tipično 100 puta niža nego u krvi", rekla je Domenico Pacifici, pomoćnica profesora inženjera u Brownu, koja je vodila istraživanje. "Sada smo u stanju da to uradimo sa izuzetno visokom specifičnošću, što znači da možemo da razlikujemo glukozu iz komponenti pozadine pljuvare." Novo istraživanje opisano je u naslovnom članku junskog broja časopisa Nanophotonics. Biočip je napravljen od kvarca od jednog inča kvadratnog sloja s tankim slojem srebra. U srebru su ušle hiljade interferometara na nanosu - sitne proreze sa žljebom na svakoj strani. Žlebovi mere širok 200 nanometar, a prorez je širok 100 nanometar - oko 1,000 puta tanji nego ljudska dlaka. Kada se svetlost zasniva na čipu, žlebovi izazivaju talas slobodnih elektrona u srebru - površinski plazmon polariton - da se propagiraju prema prorezu. Ovi talasi miješaju svjetlost koja prolazi kroz prorez. Osetljivi detektori zatim izmeravaju šeme smetnji koje stvara žlebove i prorezi.
Kada se tečnost nanosi na čip, svetlost i površinski plazmonovi talasi propagiraju kroz tu tečnost pre nego što se međusobno mešaju. To menjaju uzorke ometanja koje su uzimali detektori, u zavisnosti od hemijskog sastava tečnosti. Prilagođavanjem udaljenosti između žljebova i centralne proreze, interferometri mogu biti kalibrirani da bi se otkrio potpis specifičnih jedinjenja ili molekula, uz visoku osjetljivost u izuzetno malim količinama uzoraka. U radu objavljenom u 2012-u, Brown tim je pokazao da se interferometri na biocipu mogu koristiti za detekciju glukoze u vodi. Međutim, selektivno otkrivanje glukoze u kompleksnom rastvoru, poput ljudske pljuvačke, bila je druga stvar.

"Plava je oko 99 procenta vode, ali to je 1 procenat koji nije voda koja predstavlja probleme", rekao je Pacifici. "Postoje enzimi, soli i druge komponente koje mogu uticati na odgovor senzora. Sa ovim radom smo rešili problem specifičnosti naše senzorske šeme. "
Uradili su to koristeći hemiju boje za stvaranje trakastog markera za glukozu. Istraživači su dodali mikrofluidne kanale čipu da uvedu dva enzima koji reaguju na glukozu na vrlo specifičan način. Prvi enzim, glukoza oksidaza, reaguje sa glukozom kako bi se formirao molekul vodonik-peroksida. Ovaj molekul zatim reaguje sa drugim enzimom, peroksidazom od rena, kako bi se dobio molekul zvan resorufin, koji može apsorbirati i emitovati crvenu svetlost, čime se boje rješava. Istraživači su onda mogli podesiti interferometre da potraže crvene resorufin molekule.
"Reakcija se odvija jednaki: molekul glukoze generiše jedan molekul resorufina", rekao je Pacifici. "Tako možemo računati broj resorufin molekula u rastvoru i zaključiti broj molekula glukoze koji su prvobitno bili prisutni u rješenju."
Tim je testirao svoju kombinaciju hemije boje i plazmonske interferometrije tako što je tražio glukozu u veštačkoj pljuvači, mešavinu vode, soli i enzima koji podseća na stvarnu ljudsku pljuvačku. Otkrili su da mogu da otkriju resorufin u realnom vremenu sa velikom preciznošću i specifičnosti. Oni su bili u stanju da detektuju promene u koncentraciji glukoze 0.1 mikromola po litru - 10 puta osjetljivost koju mogu postići samo interferometrima.
Sledeći korak u radu, kaže Pacifici, je započeti testiranje metode u stvarnoj ljudskoj pljuvački. Na kraju, istraživači se nadaju da mogu razviti mali, samostalni uređaj koji bi dijabetičarima omogućio neinvazivan način nadgledanja nivoa glukoze.
Postoje i druge potencijalne aplikacije.
"Sada smo kalibrišući ovaj uređaj za insulin", rekao je Pacifici, "ali u načelu smo mogli ispravno modifikovati ovaj" plazmonični kivet "senzor za detekciju bilo kog molekula koji je od interesa."
Može se koristiti za otkrivanje toksina u vazduhu ili vodi ili se koristi u laboratoriji za nadgledanje hemijskih reakcija dok se na površini senzora dešavaju u realnom vremenu, rekao je Pacifici.

Plazmonični interferometar može detektovati molekule glukoze u vodi. Detekcija glukoze u kompleksnoj tečnosti je izazovna. Kontrola udaljenosti između žlebova i upotreba hemije boje na molekulima glukoze omogućava istraživačima da izmeravaju nivo glukoze uprkos 1 procentu pljuvačke koja nije voda.

http://www.brown.edu/

Kredit: Slika zahvaljujući Brown Univerzitetu