Peneliti dari Brown University telah mengembangkan sensor biochip baru yang secara selektif dapat mengukur konsentrasi glukosa dalam solusi yang kompleks mirip dengan air liur manusia. Kemajuan adalah langkah penting menuju a alat itu akan memungkinkan orang dengan diabetes untuk menguji kadar glukosa mereka tanpa mengambil darah.

Chip baru ini menggunakan serangkaian spesifik reaksi kimia dikombinasikan dengan interferometri plasmonik, cara mendeteksi tanda kimiawi senyawa menggunakan cahaya. Perangkat ini cukup sensitif untuk mendeteksi perbedaan konsentrasi glukosa yang berjumlah hanya beberapa ribu molekul dalam volume sampel.

READMORE ON SAAT SETIAP HARI 

"Kami telah menunjukkan sensitivitas yang diperlukan untuk mengukur konsentrasi glukosa yang khas dalam air liur, yang biasanya 100 kali lebih rendah daripada dalam darah," kata Domenico Pacifici, asisten profesor teknik di Brown, yang memimpin penelitian. "Sekarang kami dapat melakukan ini dengan spesifisitas sangat tinggi, yang berarti bahwa kami dapat membedakan glukosa dari komponen latar belakang air liur." Penelitian baru ini dijelaskan dalam artikel sampul edisi Juni jurnal Nanophotonics. Biochip dibuat dari sepotong kuarsa persegi satu inci yang dilapisi dengan lapisan tipis perak. Terukir dalam perak adalah ribuan interferometer berskala nano - celah kecil dengan alur di setiap sisi. Alur mengukur 200 nanometer lebar, dan celahnya adalah 100 nanometer lebar - sekitar 1,000 kali lebih tipis dari rambut manusia. Ketika cahaya bersinar pada chip, lekukan menyebabkan gelombang elektron bebas di perak - polariton plasmon permukaan - untuk merambat ke arah celah. Gelombang-gelombang itu mengganggu cahaya yang melewati celah. Detektor sensitif kemudian mengukur pola interferensi yang dihasilkan oleh alur dan celah.
Ketika cairan disimpan di chip, cahaya dan gelombang plasmon permukaan merambat melalui cairan itu sebelum mereka saling mengganggu. Itu mengubah pola interferensi yang diambil oleh detektor, tergantung pada susunan kimiawi cairan tersebut. Dengan menyesuaikan jarak antara alur dan celah tengah, interferometer dapat dikalibrasi untuk mendeteksi tanda tangan senyawa atau molekul tertentu, dengan sensitivitas tinggi dalam volume sampel yang sangat kecil. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam 2012, tim Brown menunjukkan bahwa interferometer pada biochip dapat digunakan untuk mendeteksi glukosa dalam air. Namun, mendeteksi glukosa secara selektif dalam larutan kompleks seperti air liur manusia adalah masalah lain.

“Air liur adalah sekitar 99 persen air, tetapi itu adalah 1 persen bukan air yang menimbulkan masalah,” kata Pacifici. “Ada enzim, garam, dan komponen lain yang dapat memengaruhi respons sensor. Dengan makalah ini kami memecahkan masalah kekhususan skema penginderaan kami. "
Mereka melakukan itu dengan menggunakan kimia pewarna untuk membuat penanda yang dapat dilacak untuk glukosa. Para peneliti menambahkan saluran mikofluida ke dalam chip untuk memperkenalkan dua enzim yang bereaksi dengan glukosa dengan cara yang sangat spesifik. Enzim pertama, glukosa oksidase, bereaksi dengan glukosa untuk membentuk molekul hidrogen peroksida. Molekul ini kemudian bereaksi dengan enzim kedua, horseradish peroxidase, untuk menghasilkan molekul yang disebut resorufin, yang dapat menyerap dan memancarkan cahaya merah, sehingga mewarnai larutan. Para peneliti kemudian bisa menyetel interferometer untuk mencari molekul resorufin merah.
"Reaksi terjadi dengan cara satu-ke-satu: Sebuah molekul glukosa menghasilkan satu molekul resorufin," kata Pacifici. "Jadi kita bisa menghitung jumlah molekul resorufin dalam larutan, dan menyimpulkan jumlah molekul glukosa yang awalnya ada dalam larutan."
Tim menguji kombinasi kimia pewarna dan interferometri plasmonik dengan mencari glukosa dalam air liur buatan, campuran air, garam dan enzim yang menyerupai air liur manusia yang sebenarnya. Mereka menemukan bahwa mereka dapat mendeteksi resorufin secara real time dengan akurasi dan spesifisitas yang tinggi. Mereka mampu mendeteksi perubahan konsentrasi glukosa mikromol 0.1 per liter - 10 kali sensitivitas yang dapat dicapai oleh interferometer saja.
Langkah selanjutnya dalam pekerjaan ini, kata Pacifici, adalah mulai menguji metode ini dalam air liur manusia yang sesungguhnya. Pada akhirnya, para peneliti berharap mereka dapat mengembangkan perangkat kecil mandiri yang dapat memberikan penderita diabetes cara noninvasif untuk memantau kadar glukosa mereka.
Ada aplikasi potensial lainnya juga.
“Kami sekarang sedang mengkalibrasi alat ini untuk insulin,” kata Pacifici, “tetapi pada prinsipnya kami dapat memodifikasi sensor 'plasmonic cuvette' ini dengan tepat untuk mendeteksi molekul yang diminati.”
Ini dapat digunakan untuk mendeteksi racun di udara atau air atau digunakan di laboratorium untuk memantau reaksi kimia yang terjadi di permukaan sensor secara real time, kata Pacifici.

Interferometer plasmonik dapat mendeteksi molekul glukosa dalam air. Deteksi glukosa dalam cairan kompleks lebih menantang. Mengontrol jarak antara lekukan dan menggunakan kimia pewarna pada molekul glukosa memungkinkan para peneliti untuk mengukur kadar glukosa meskipun 1 persen dari saliva yang bukan air.

http://www.brown.edu/

Kredit: Gambar milik Brown University