Výzkumníci z Brown University vyvinuli nový senzor biochipu, který může selektivně měřit koncentrace glukóza v komplexním roztoku podobném lidské sliny. Pokrok je důležitým krokem směrem k zařízení které by lidem umožnily cukrovka testovat hladiny glukózy bez odebrání krve.

Nový čip využívá řadu specifických chemické reakce v kombinaci s plasmonickou interferometrií, prostředkem pro detekci chemického podpisu sloučenin za použití světla. Přístroj je dostatečně citlivý, aby detekoval rozdíly v koncentracích glukózy, které dosahují pouze několika tisíc molekul ve vzorkovaném objemu.

READMORE ON SCIENCE DAILY 

„Ukázali jsme citlivost potřebnou pro měření koncentrací glukózy typických ve slinách, které jsou obvykle 100 krát nižší než v krvi,“ řekl Domenico Pacifici, odborný asistent inženýrství společnosti Brown, který vedl výzkum. „Teď jsme schopni to udělat s extrémně vysokou specificitou, což znamená, že můžeme odlišit glukózu od složek pozadí slin.“ \ T Nový výzkum je popsán v titulním článku červnového čísla časopisu Nanophotonics. Biočip je vyroben z jednoho čtverečního čtverečku křemene potaženého tenkou vrstvou stříbra. Lept ve stříbře jsou tisíce nanometrů interferometrů - malé štěrbiny s drážkou na každé straně. Drážky měří šířku 200 nanometrů a štěrbina je široká 100 nanometrů - přibližně 1,000 krát tenčí než lidské vlasy. Když se na čipu rozsvítí světlo, drážky způsobují vlnu volných elektronů ve stříbře - polaritu povrchového plasmonu - k šíření směrem ke štěrbině. Tyto vlny interferují se světlem, které prochází štěrbinou. Citlivé detektory pak měří vzory interferencí generovaných drážkami a štěrbinami.
Když je kapalina uložena na čipu, světlo a povrchové plazmonové vlny se šíří touto kapalinou dříve, než se vzájemně ovlivňují. To mění interferenční obrazce snímané detektory v závislosti na chemickém složení kapaliny. Nastavením vzdálenosti mezi drážkami a středovou štěrbinou mohou být interferometry kalibrovány pro detekci podpisu specifických sloučenin nebo molekul s vysokou citlivostí v extrémně malých objemech vzorku. V článku publikovaném v 2012u tým Brown ukázal, že interferometry na biočipu mohou být použity pro detekci glukózy ve vodě. Selektivní detekce glukózy v komplexním roztoku, jako je lidská slina, byla další záležitost.

"Sliny jsou asi 99 procent vody, ale je to 1 procenta, že to není voda, která představuje problémy," řekl Pacifici. „Existují enzymy, soli a další složky, které mohou ovlivnit odezvu senzoru. Tímto příspěvkem jsme vyřešili problém specifičnosti našeho snímacího schématu. “
Oni dělali to tím, že používá chemii barviva vytvořit trackable marker pro glukózu. Výzkumníci přidali mikrofluidní kanály do čipu, aby zavedli dva enzymy, které reagují s glukózou velmi specifickým způsobem. První enzym, oxidáza glukózy, reaguje s glukózou za vzniku molekuly peroxidu vodíku. Tato molekula pak reaguje s druhým enzymem, křenovou peroxidázou, aby vytvořila molekulu zvanou resorufin, která může absorbovat a emitovat červené světlo, čímž se roztok zbarví. Výzkumníci pak mohli naladit interferometry, aby hledali červené molekuly resorufinu.
"Reakce se odehrává jedním směrem: molekula glukózy generuje jednu molekulu resorufinu," řekl Pacifici. "Takže můžeme spočítat počet resorufinových molekul v roztoku a odvodit počet molekul glukózy, které byly původně přítomny v roztoku."
Tým testoval svou kombinaci chemie barviv a plasmonické interferometrie hledáním glukózy v umělých slinách, směsi vody, solí a enzymů, které se podobají skutečné lidské slině. Zjistili, že resorufin mohou detekovat v reálném čase s velkou přesností a specifičností. Byly schopny detekovat změny v koncentraci glukózy 0.1 mikromolů na litr - 10 násobek citlivosti, kterou lze dosáhnout samotnými interferometry.
Dalším krokem v této práci je, že Pacifici začíná testovat metodu ve skutečné lidské slině. Vědci doufají, že mohou vyvinout malé, samostatné zařízení, které by diabetikům umožnilo neinvazivní sledování hladiny glukózy.
Existují i ​​další potenciální aplikace.
"Nyní kalibrujeme toto zařízení na inzulín," řekl Pacifici, "ale v zásadě bychom mohli tento senzor" plasmonické kyvety "vhodně modifikovat pro detekci kterékoli molekuly, o kterou by nás zajímalo."
Mohl by být použit k detekci toxinů ve vzduchu nebo ve vodě nebo v laboratoři k monitorování chemických reakcí, které se vyskytují na povrchu senzoru v reálném čase.

Plazmonický interferometr může detekovat molekuly glukózy ve vodě. Detekce glukózy v komplexní tekutině je náročnější. Řízení vzdálenosti mezi drážkami a použití chemie barviv na molekulách glukózy umožňuje výzkumníkům měřit hladiny glukózy navzdory 1 procentům slin, které nejsou vodou.

http://www.brown.edu/

Kredity: Obrázek se svolením Brown University