Diabète: une biopuce mesurera le glucose dans la salive humaine

Les chercheurs de Université Brown ont mis au point un nouveau capteur à biopuce capable de mesurer sélectivement les concentrations de glucose dans une solution complexe semblable à la salive humaine. L’avancée est une étape importante vers un dispositif cela permettrait aux gens avec diabète pour tester leur taux de glucose sans tirer de sang.

La nouvelle puce utilise une série de tests spécifiques réactions chimiques combiné à l'interférométrie plasmonique, un moyen de détecter la signature chimique de composés en utilisant la lumière. Le dispositif est suffisamment sensible pour détecter des différences de concentrations de glucose ne représentant que quelques milliers de molécules dans le volume échantillonné.

LIRE SUR LA SCIENCE AU QUOTIDIEN

"Nous avons démontré la sensibilité nécessaire pour mesurer les concentrations de glucose typiques de la salive, qui sont généralement 100 fois inférieures à celles du sang", a déclaré Domenico Pacifici, professeur assistant en ingénierie à Brown, qui a dirigé la recherche. «Nous sommes maintenant en mesure de le faire avec une spécificité extrêmement élevée, ce qui signifie que nous pouvons différencier le glucose des composants de base de la salive.» La nouvelle recherche est décrite dans l'article de couverture du numéro de juin de la revue Nanophotonics. La biopuce est fabriquée à partir d’un morceau de quartz d’un pouce carré recouvert d’une fine couche d’argent. Des milliers d'interféromètres à l'échelle nanométrique sont gravés dans l'argent. Il s'agit de minuscules fentes avec une rainure de chaque côté. Les rainures mesurent la largeur des nanomètres 200 et la fente, la largeur des nanomètres 100 - environ 1,000 fois moins que les cheveux. Lorsque la lumière est projetée sur la puce, les rainures provoquent la formation d'une onde d'électrons libres dans l'argent - un polariton de plasmon de surface - vers la fente. Ces ondes interfèrent avec la lumière qui traverse la fente. Les détecteurs sensibles mesurent ensuite les motifs d'interférence générés par les rainures et les fentes.
Lorsqu'un liquide est déposé sur la puce, la lumière et les ondes de plasmon de surface se propagent à travers ce liquide avant qu'elles ne se gênent. Cela modifie les interférences détectées par les détecteurs, en fonction de la composition chimique du liquide. En ajustant la distance entre les rainures et la fente centrale, les interféromètres peuvent être calibrés pour détecter la signature de composés ou de molécules spécifiques, avec une sensibilité élevée dans des volumes d'échantillons extrêmement réduits. Dans un article publié dans 2012, l'équipe de Brown a montré que les interféromètres sur une biopuce pouvaient être utilisés pour détecter le glucose dans l'eau. Cependant, la détection sélective du glucose dans une solution complexe comme la salive humaine était une autre affaire.

«La salive représente environ 99 pour cent d’eau, mais c’est le pour cent 1 qui ne pose pas de problèmes d’eau», a déclaré Pacifici. «Il existe des enzymes, des sels et d’autres composants susceptibles d’affecter la réponse du capteur. Avec cet article, nous avons résolu le problème de la spécificité de notre système de détection. ”
Pour ce faire, ils ont utilisé la chimie des colorants pour créer un marqueur traçable du glucose. Les chercheurs ont ajouté des canaux microfluidiques à la puce pour introduire deux enzymes qui réagissent avec le glucose de manière très spécifique. La première enzyme, la glucose oxydase, réagit avec le glucose pour former une molécule de peroxyde d'hydrogène. Cette molécule réagit ensuite avec la deuxième enzyme, la peroxydase de raifort, pour générer une molécule appelée résorufine, qui peut absorber et émettre de la lumière rouge, colorant ainsi la solution. Les chercheurs pourraient ensuite ajuster les interféromètres pour rechercher les molécules de résorufine rouges.
"La réaction se produit de manière individualisée: une molécule de glucose génère une molécule de résorufine", a déclaré Pacifici. "Ainsi, nous pouvons compter le nombre de molécules de résorufine dans la solution et en déduire le nombre de molécules de glucose qui étaient à l'origine présentes dans la solution."
L'équipe a testé sa combinaison de chimie des colorants et d'interférométrie plasmonique en recherchant le glucose dans la salive artificielle, un mélange d'eau, de sels et d'enzymes qui ressemble à la salive humaine réelle. Ils ont découvert qu'ils pouvaient détecter la résorufine en temps réel avec une grande précision et spécificité. Ils ont pu détecter des changements dans la concentration en glucose de 0.1 micromoles par litre - 10 fois la sensibilité pouvant être atteinte uniquement par les interféromètres.
Pacifici explique que la prochaine étape du travail consiste à commencer à tester la méthode dans de la salive humaine réelle. En fin de compte, les chercheurs espèrent pouvoir mettre au point un petit dispositif autonome qui pourrait offrir aux diabétiques un moyen non invasif de surveiller leur glycémie.
Il y a aussi d'autres applications potentielles.
«Nous sommes en train de calibrer cet appareil pour l'insuline», a déclaré Pacifici, «mais en principe, nous pourrions modifier correctement ce capteur de« cuvette plasmonique »afin de détecter toute molécule d'intérêt.»
Il pourrait être utilisé pour détecter les toxines dans l'air ou dans l'eau ou dans le laboratoire pour surveiller les réactions chimiques à la surface du capteur, en temps réel, a déclaré Pacifici.

Un interféromètre plasmonique peut détecter les molécules de glucose dans l'eau. La détection du glucose dans un fluide complexe est plus difficile. Le contrôle de la distance entre les rainures et l'utilisation de la chimie des colorants sur les molécules de glucose permettent aux chercheurs de mesurer les niveaux de glucose malgré le pourcentage 1 de salive qui n'est pas de l'eau.

http://www.brown.edu/

Crédit: Image reproduite avec l'aimable autorisation de Brown University

Les commentaires sont fermés.