Stražari iz Brown University razvili su novi senzor za biočip koji može selektivno izmjeriti koncentracije glukoza u složenom rješenju sličnom ljudska slina, Napredak je važan korak prema uređaj koji će omogućiti ljudima dijabetes testirati razinu glukoze bez povlačenja krvi.

Novi čip koristi niz specifičnih kemijske reakcije u kombinaciji s plazmoničkom interferometrijom, sredstvo za detekciju kemijskog potpisa spojeva pomoću svjetlosti. Uređaj je dovoljno osjetljiv da detektira razlike u koncentracijama glukoze koje iznose samo nekoliko tisuća molekula u uzorkovanom volumenu.

PROČITAJTE NA SVAKODNEVNOM SVIJETU 

"Pokazali smo osjetljivost potrebnu za mjerenje koncentracije glukoze tipične u slini, koja je tipično 100 puta niža nego u krvi", rekao je Domenico Pacifici, docent tehničkog odjela u Brownu, koji je vodio istraživanje. "Sada to možemo učiniti s iznimno visokom specifičnošću, što znači da možemo razlikovati glukozu od pozadinskih komponenti sline." Novo istraživanje opisano je u članku iz lipanjskog broja časopisa Nanophotonics. Biočip je napravljen od komada kvarca obloženog jednim inčnim kvadratom obloženog tankim slojem srebra. U srebru su ugrađene tisuće nanometarskih interferometara - sitni prorezi s utorom na svakoj strani. Utori mjere širinu 200 nanometara, a prorez je širok 100 nanometara - oko 1,000 puta tanji od ljudske kose. Kada se svjetlo zasvijetli na čipu, utori uzrokuju val slobodnih elektrona u srebru - površinski plazmon polariton - koji se širi prema prorezu. Ti valovi ometaju svjetlo koje prolazi kroz prorez. Osjetljivi detektori zatim mjere obrasce smetnji koje stvaraju utori i prorezi.
Kada se tekućina odlaže na čip, svjetlost i površinski plazmon valovi šire se kroz tu tekućinu prije nego što se međusobno ometaju. To mijenja uzorke interferencije koje detektiraju, ovisno o kemijskom sastavu tekućine. Podešavanjem udaljenosti između žljebova i središnjeg proreza, interferometri se mogu kalibrirati kako bi se otkrio potpis određenih spojeva ili molekula, s visokom osjetljivošću u iznimno malim volumenima uzorka. U radu objavljenom u 2012-u, Brownov tim je pokazao da bi se interferometri na biočipu mogli koristiti za otkrivanje glukoze u vodi. Međutim, selektivno otkrivanje glukoze u složenom rješenju poput ljudske sline bila je druga stvar.

"Slina je oko 99 postotka vode, ali 1 posto nije voda koja predstavlja probleme", rekao je Pacifici. „Postoje enzimi, soli i druge komponente koje mogu utjecati na reakciju senzora. Ovim radom riješili smo problem specifičnosti naše senzorske sheme. "
Učinili su to kemijskom bojom kako bi stvorili marker za praćenje glukoze. Istraživači su dodali mikrofluidne kanale na čip kako bi uveli dva enzima koji reagiraju s glukozom na vrlo specifičan način. Prvi enzim, glukoza oksidaza, reagira s glukozom u obliku molekule vodikovog peroksida. Ova molekula tada reagira s drugim enzimom, peroksidazom iz hrena, da bi proizvela molekulu koja se zove resorufin, koja može apsorbirati i emitirati crveno svjetlo i tako obojiti otopinu. Istraživači su tada mogli podesiti interferometre kako bi potražili crvene resorufinske molekule.
"Reakcija se događa jedan na jedan: molekula glukoze stvara jednu molekulu rezorufina", rekao je Pacifici. "Dakle, možemo izračunati broj molekula resorufina u otopini i zaključiti broj molekula glukoze koje su izvorno bile prisutne u otopini."
Tim je testirao svoju kombinaciju kemije boje i plazmonske interferometrije tražeći glukozu u umjetnoj slini, mješavinu vode, soli i enzima koji podsjeća na pravu ljudsku slinu. Otkrili su da mogu otkriti resorufin u stvarnom vremenu s velikom točnošću i specifičnošću. Uspjeli su otkriti promjene u koncentraciji glukoze u mikromolima 0.1-a po litri - 10 puta osjetljivosti koju mogu postići samo interferometri.
Sljedeći korak u radu, kaže Pacifici, jest početi testirati metodu u stvarnoj ljudskoj slini. Na kraju, istraživači se nadaju da mogu razviti mali, samostalni uređaj koji bi dijabetičarima mogao dati neinvazivan način praćenja razine glukoze u krvi.
Postoje i druge potencijalne aplikacije.
"Sada kalibriramo ovaj uređaj za inzulin", rekao je Pacifici, "ali u načelu smo mogli ispravno promijeniti ovu 'plazmoničnu kivetu' senzor za otkrivanje bilo koje molekule od interesa."
Može se koristiti za otkrivanje toksina u zraku ili vodi ili se koristi u laboratoriju za praćenje kemijskih reakcija koje se događaju na površini senzora u stvarnom vremenu, rekao je Pacifici.

Plazmonički interferometar može detektirati molekule glukoze u vodi. Otkrivanje glukoze u složenoj tekućini je izazovnije. Kontroliranje udaljenosti između žlijebova i korištenje kemije boje na molekulama glukoze omogućuje istraživačima da izmjere razine glukoze unatoč 1 postotku sline koja nije voda.

http://www.brown.edu/

Zasluge: Slika odobrena sa Sveučilišta Brown