Diabetes: biokki mittaa glukoosin ihmisen sylkeä

Etsiä Brown University ovat kehittäneet uuden biochip - anturin, joka pystyy selektiivisesti mittaamaan glukoosi samanlaisessa monimutkaisessa ratkaisussa ihmisen sylkeä. Ennakko on tärkeä askel kohti a laite jotka mahdollistaisivat ihmisten kanssa diabetes testaamaan glukoosipitoisuutensa ilman verta vertaamista.

Uusi siru käyttää sarjaa erityisiä kemialliset reaktiot yhdistettynä plasmoni-interferometrisiin, keino havaita yhdisteiden kemiallinen allekirjoittaminen käyttäen valoa. Laite on riittävän herkkä havaitsemaan eroja glukoosipitoisuuksissa, jotka ovat vain muutamia tuhansia molekyylejä näytteistetyssä tilavuudessa.

LUETTELE TIETEELLISESTÄ AIKANA 

"Olemme osoittaneet, että herkkyys, joka tarvitaan syljen tyypillisten glukoosipitoisuuksien mittaamiseen, ovat tyypillisesti 100 kertaa pienempi kuin veressä", kertoo Brownin tutkimushallituksen professori Domenico Pacifici. "Nyt voimme tehdä tämän erittäin korkealla spesifisyydellä, mikä tarkoittaa, että voimme erottaa glukoosin syljen taustatekijöistä." Uusi tutkimus on kuvattu Nanophotonics-lehden kesäkuun numerossa. Biokki on valmistettu yhden tuuman neliön kvartsista, joka on päällystetty ohut kerros hopeaa. Haudutettu hopea on tuhansia nanomittakaavan interferometrejä - pieniä rakoja, joiden kummallakin puolella on ura. Urat mittaavat 200 nanometriä leveä ja rako on 100 nanometriä leveä - noin 1,000 kertaa ohuempi kuin ihmisen hiukset. Kun valo sattuu sirulle, urat aiheuttavat hopea-elektronien aallon - pinnan plasmon polariton - aallon etenevän kohti rakoa. Nämä aallot häiritsevät valoa, joka kulkee raon läpi. Herkät ilmaisimet mittaavat sitten urien ja rakojen aiheuttamat häiriöt.
Kun nestettä kerrostetaan sirulle, valo ja pintaplasmoni-aallot etenevät kyseisen nesteen läpi ennen kuin ne häiritsevät toisiaan. Tämä muuttaa ilmaisimien havaitsemia häiriökuvioita riippuen nesteen kemiallisesta koostumuksesta. Säädämällä urien ja keskileveyden välistä etäisyyttä interferometrejä voidaan kalibroida havaitsemaan spesifisten yhdisteiden tai molekyylien allekirjoitus erittäin herkällä erittäin pienellä näytteen tilavuudella. 2012: ssä julkaistussa paperissa Brown-tiimi osoitti, että biochipin interferometrejä voitaisiin käyttää glukoosin havaitsemiseen vedessä. Glukoosin selektiivinen havaitseminen kompleksisessa liuoksessa, kuten ihmisen sylki, oli kuitenkin toinen asia.

"Saliva on noin 99 prosenttia vettä, mutta se on 1 prosentti, se ei ole vettä, joka aiheuttaa ongelmia" Pacifici sanoi. "On olemassa entsyymejä, suoloja ja muita komponentteja, jotka voivat vaikuttaa anturin vasteeseen. Tämän paperin avulla ratkaisemme tuntemusjärjestelmän erityisongelman. "
He tekivät sen käyttämällä väriaineita luomaan jäljitettävän merkkiaineen glukoosille. Tutkijat lisäsivät mikrofluidisia kanavia sirulle tuomaan kaksi entsyymiä, jotka reagoivat glukoosin kanssa hyvin tarkalla tavalla. Ensimmäinen entsyymi, glukoosioksidaasi, reagoi glukoosin kanssa vetyperoksidin molekyylin muodostamiseksi. Tämä molekyyli reagoi sitten toisen entsyymin kanssa, piparjuuriperoksidaasi, molekyylin, jonka nimi on resorufiini, muodostamiseksi, joka voi absorboida ja lähettää punaista valoa värittämällä liuosta. Tutkijat voisivat sitten virittää interferometrejä etsimään punaisia ​​resorufiinimolekyylejä.
"Reaktio tapahtuu yksi-to-one tavalla: Glukoosin molekyyli tuottaa yhden resorufiinin molekyylin", Pacifici sanoi. "Joten voimme laskea resorufiinimolekyylien määrän liuoksessa ja päätellä niiden glukoosimolekyylien määrän, jotka olivat alun perin liuoksessa."
Tiimi testasi väriaineiden ja plasmoni-interferometrian yhdistelmän etsimällä glukoosia keinotekoisessa sylissä, veden, suolojen ja entsyymien seoksessa, joka muistuttaa todellista ihmisen sylkeä. He havaitsivat, että he pystyivät havaitsemaan resorufin reaaliaikaisesti suurella tarkkuudella ja spesifisyydellä. He pystyivät havaitsemaan muutokset glukoosipitoisuudessa 0.1 mikromooleja litrassa - 10 kertaa herkkyys, joka voidaan saavuttaa pelkästään interferometrillä.
Työn seuraava vaihe, Pacifici sanoo, on aloittaa testaus menetelmällä todellisessa ihmisen sylissä. Loppujen lopuksi tutkijat toivovat, että he voivat kehittää pienen itsenäisen laitteen, joka voisi antaa diabeetikoille ei-invasiivisen tavan seurata glukoositasojaan.
On myös muita mahdollisia sovelluksia.
"Nyt kalibroimme tämän laitteen insuliinille", Pacifici sanoi, "mutta periaatteessa voisimme muokata tätä" plasmoni-kyvetti "-anturia asianmukaisesti mielenkiinnon kohteena olevan molekyylin havaitsemiseksi."
Sitä voitaisiin käyttää ilmassa tai vedessä olevien myrkkyjen havaitsemiseen tai laboratoriossa käytettyjen kemiallisten reaktioiden seuraamiseen, koska ne esiintyvät anturin pinnalla reaaliajassa, Pacifici sanoi.

Plasmoninen interferometri voi havaita glukoosimolekyylejä vedessä. Glukoosin havaitseminen monimutkaisessa nesteessä on haastavampi. Hallinnassa urien välistä etäisyyttä ja väriaineiden käyttöä glukoosimolekyyleissä tutkijat voivat mitata glukoosipitoisuutta huolimatta sylki 1-prosentista, joka ei ole vettä.

http://www.brown.edu/

Luottamus: Image courtesy of Brown University

saatat myös pitää