Rearchers de Universitat de Brown han desenvolupat un nou sensor de bioxip que pot mesurar selectivament concentracions de glucosa en una solució complexa semblant a saliva humana. L'avenç és un pas important cap a a dispositiu que permetria a les persones amb diabetis per comprovar els seus nivells de glucosa sense extreure sang.

El nou xip fa ús d'una sèrie de dispositius específics reaccions químiques combinat amb interferometria plasmònica, un mitjà per detectar la signatura química dels compostos mitjançant la llum. El dispositiu és prou sensible per detectar diferències en les concentracions de glucosa que representen només uns quants milers de molècules en el volum de la mostra.

LLEGEIX MÉS SOBRE EL DIARI DE LA CIÈNCIA 

"Hem demostrat la sensibilitat necessària per mesurar les concentracions de glucosa típiques a la saliva, que solen ser 100 vegades més baixes que a la sang", va dir Domenico Pacifici, professor ajudant d'enginyeria a Brown, que va dirigir la investigació. "Ara som capaços de fer-ho amb una especificitat extremadament alta, el que significa que podem diferenciar la glucosa dels components de fons de la saliva". La nova investigació es descriu a l'article de portada del número de juny de la revista Nanophotonics. El bioxip està fet d'una peça quadrada d'una polzada de quars recoberta amb una fina capa de plata. Hi ha gravats a la plata milers d'interferòmetres a nanoescala: petites escletxes amb una ranura a cada costat. Les ranures mesuren 200 nanòmetres d'ample i la ranura té 100 nanòmetres d'amplada, unes 1,000 vegades més prima que un cabell humà. Quan la llum brilla al xip, les ranures provoquen que una ona d'electrons lliures a la plata, un polaritó plasmó superficial, es propagui cap a l'escletxa. Aquestes ones interfereixen amb la llum que passa per l'escletxa. Aleshores, els detectors sensibles mesuren els patrons d'interferència generats per les ranures i escletxes.
Quan un líquid es diposita al xip, la llum i les ones plasmòniques superficials es propaguen a través d'aquest líquid abans que interfereixin entre si. Això altera els patrons d'interferència captats pels detectors, depenent de la composició química del líquid. Ajustant la distància entre les ranures i l'escletxa central, els interferòmetres es poden calibrar per detectar la signatura de compostos o molècules específics, amb una alta sensibilitat en volums de mostra extremadament petits. En un article publicat el 2012, l'equip de Brown va demostrar que els interferòmetres d'un bioxip es podrien utilitzar per detectar glucosa a l'aigua. Tanmateix, detectar de manera selectiva la glucosa en una solució complexa com la saliva humana era una altra qüestió.

"La saliva és al voltant del 99 per cent d'aigua, però és l'1 per cent que no és aigua el que presenta problemes", va dir Pacifici. "Hi ha enzims, sals i altres components que poden afectar la resposta del sensor. Amb aquest article hem resolt el problema de l'especificitat del nostre esquema de detecció".
Ho van fer utilitzant la química del colorant per crear un marcador rastrejable per a la glucosa. Els investigadors van afegir canals microfluídics al xip per introduir dos enzims que reaccionen amb la glucosa d'una manera molt específica. El primer enzim, la glucosa oxidasa, reacciona amb la glucosa per formar una molècula de peròxid d'hidrogen. Aleshores, aquesta molècula reacciona amb el segon enzim, la peroxidasa de rave picant, per generar una molècula anomenada resorufina, que pot absorbir i emetre llum vermella, acolorint així la solució. Aleshores, els investigadors podrien ajustar els interferòmetres per buscar les molècules vermelles de resorufina.
"La reacció es produeix d'una manera un a un: una molècula de glucosa genera una molècula de resorufina", va dir Pacifici. "Així que podem comptar el nombre de molècules de resorufina a la solució i inferir el nombre de molècules de glucosa que estaven originalment presents a la solució".
L'equip va provar la seva combinació de química de colorants i interferometria plasmònica buscant glucosa a la saliva artificial, una barreja d'aigua, sals i enzims que s'assembla a la saliva humana real. Van descobrir que podien detectar la resorufina en temps real amb gran precisió i especificitat. Van ser capaços de detectar canvis en la concentració de glucosa de 0.1 micromols per litre, 10 vegades la sensibilitat que es pot aconseguir només amb interferòmetres.
El següent pas del treball, diu Pacifici, és començar a provar el mètode en saliva humana real. En última instància, els investigadors esperen poder desenvolupar un dispositiu petit i autònom que pugui oferir als diabètics una forma no invasiva de controlar els seus nivells de glucosa.
També hi ha altres aplicacions potencials.
"Ara estem calibrant aquest dispositiu per a la insulina", va dir Pacifici, "però en principi podríem modificar correctament aquest sensor de 'cubeta plasmònica' per a la detecció de qualsevol molècula d'interès".
Es podria utilitzar per detectar toxines a l'aire o l'aigua o utilitzar-se al laboratori per controlar les reaccions químiques a mesura que es produeixen a la superfície del sensor en temps real, va dir Pacifici.

Un interferòmetre plasmònic pot detectar molècules de glucosa a l'aigua. La detecció de glucosa en un fluid complex és més difícil. El control de la distància entre les ranures i l'ús de la química del colorant a les molècules de glucosa permet als investigadors mesurar els nivells de glucosa malgrat l'1 per cent de saliva que no és aigua.

http://www.brown.edu/

Crèdit: imatge cortesia de la Universitat de Brown