Kutatók Brown University kifejlesztett egy új biochip érzékelőt, amely szelektíven mérheti a koncentrációkat szőlőcukor hasonló komplex megoldásban emberi nyál. Az előrelépés fontos lépés az a eszköz ez lehetővé tenné az emberek számára cukorbetegség a vér glükózszintjeinek tesztelése nélkül.

Az új chip specifikus sorozatokat használ kémiai reakciók kombinálva a plazmon interferometriával, a vegyületek kémiai aláírásának felderítésére szolgáló eszközt. A készülék elég érzékeny ahhoz, hogy a mintavételezett térfogatban csak néhány ezer molekulára eső glükózkoncentrációk különbségeit észlelje.

READMORE ON SCIENCE DAILY 

„Megmutattuk, hogy milyen érzékenység szükséges a nyálban jellemző glükózkoncentrációk méréséhez, amelyek jellemzően 100-szer alacsonyabbak, mint a vérben” - mondta Domenico Pacifici, a Brown mérnöki asszisztense. „Most képesek vagyunk ezt rendkívül magas specifikussággal elvégezni, ami azt jelenti, hogy megkülönböztethetjük a glükózt a nyál hátterében. Az új kutatást a Nanophotonics folyóirat júniusi kiadásának fedőcikkében írják le. A biochip egy hüvelyk négyzetméteres kvarcból készül, vékony ezüstréteggel. Az ezüstbe ráncolva több ezer nanoméretű interferométer - apró rések, amelyek mindkét oldalán egy horonnyal rendelkeznek. A hornyok szélesek az 200 nanométerek, és a rés 100 nanométer széles - körülbelül 1,000-szer vékonyabb, mint az emberi haj. Amikor a fény a chipen ragyog, a barázdák szabad elektronok hullámát okozzák az ezüstben - a felszíni plazmon polariton -, hogy a hasadék felé terjedjen. Ezek a hullámok zavarják a résen áthaladó fényt. Az érzékeny érzékelők ezután mérik a hornyok és a rések által létrehozott interferencia mintáit.
Amikor egy folyadékot helyeznek a chipre, a fény és a felszíni plazmonhullámok a folyadékon keresztül terjednek, mielőtt zavarják egymást. Ez megváltoztatja az érzékelők által felvett interferencia mintákat a folyadék kémiai sminkétől függően. A hornyok és a középső rés közötti távolság beállításával az interferométerek kalibrálhatók, hogy kimutassák a specifikus vegyületek vagy molekulák aláírását, nagy érzékenységgel rendkívül kis mintamennyiségekben. Az 2012-ben megjelent papírban a Brown csapata kimutatta, hogy a biochipen lévő interferométerek felhasználhatók a vízben lévő glükóz kimutatására. A glükóz szelektív kimutatása egy komplex oldatban, mint például az emberi nyál, egy másik kérdés volt.

„A nyál 99 százalékos víz, de ez az 1 százalék, ami nem olyan víz, amely problémákat okoz” - mondta Pacifici. „Vannak olyan enzimek, sók és egyéb összetevők, amelyek befolyásolhatják az érzékelő válaszát. Ezzel a munkával megoldottuk érzékelési rendszerünk sajátosságainak problémáját.
Ezt a festék kémia segítségével végezték, hogy nyomkövető markert hozzanak létre a glükóz számára. A kutatók mikrofluid csatornákat adtak a chiphez két enzim bevezetésére, amelyek nagyon specifikusan reagálnak a glükózzal. Az első enzim, a glükóz-oxidáz, reagál a glükózzal, hogy hidrogén-peroxid molekulát képezzen. Ez a molekula ezután reagál a második enzimmel, a torma peroxidázzal, hogy létrehozzon egy resorufin nevű molekulát, amely elnyelheti és kibocsáthatja a vörös fényt, ezáltal színezve az oldatot. A kutatók ezután hangolhatják az interferométereket, hogy megkeressék a vörös resorufin molekulákat.
„A reakció egy-egy módon történik: Egy glükózmolekula egy molekulát hoz létre,” mondta Pacifici. „Tehát számíthatjuk az oldatban lévő resorufin-molekulák számát, és megállapíthatjuk, hogy hány glükózmolekula van jelen az oldatban.”
A csapat tesztelte a festékkémia és a plazmonos interferometria kombinációját a mesterséges nyálban, a víz, a sók és az igazi emberi nyálhoz hasonló enzimek keverékében. Megállapították, hogy nagy pontossággal és pontossággal észlelhetik a resorufint valós időben. Meghatározták, hogy az 0.1 mikromolok literenként - a 10-ben kifejezett - glükózkoncentrációjának változásait csak az interferométerekkel érhető el.
A munka következő lépése, Pacifici azt mondja, hogy a módszer tesztelését valódi emberi nyálban kezdjük. Végső soron a kutatók remélik, hogy egy kis, önálló készüléket fejleszthetnek ki, amely a cukorbetegeknek nem invazív módon adhatja meg a glükózszintjét.
Vannak más lehetséges alkalmazások is.
"Most kalibráljuk ezt az eszközt az inzulinra," mondta Pacifici, "de elvben helyesen módosíthatnánk ezt a" plazmás küvettát "érzékelőt bármely érdeklődő molekula kimutatására."
A levegőben vagy vízben lévő toxinok kimutatására vagy a laboratóriumban használt kémiai reakciók monitorozására használhatók, ahogy az érzékelő felületén valós időben történik.

A plazmon interferométer képes kimutatni a glükóz molekulákat vízben. A komplex folyadékban a glükóz kimutatása nagyobb kihívást jelent. A hornyok közötti távolság és a festékkémia glükózmolekulákon való szabályozása lehetővé teszi a kutatók számára, hogy mérjék a glükózszintet a nyál 1 százalékos aránya ellenére, amely nem víz.

http://www.brown.edu/

Hitel: A Brown Egyetem jóvoltából