רוכלים מ אוניברסיטת בראון פיתחו חיישן ביוכיפ חדש שיכול למדוד באופן סלקטיבי ריכוזים של גלוקוז בפתרון מורכב דומה רוק אנושי. ההתקדמות היא צעד חשוב לקראת א מכשיר זה יאפשר לאנשים עם סוכרת כדי לבדוק את רמות הגלוקוז שלהם מבלי לצייר דם.

השבב החדש עושה שימוש בסדרה של ספציפיים תגובות כימיות בשילוב עם interferometry plasmonic, אמצעי גילוי חתימה כימית של תרכובות באמצעות אור. המכשיר רגיש מספיק כדי לזהות הבדלים בריכוז הגלוקוז כי הסכום רק כמה אלפי מולקולות בנפח שנדגמו.

READMORE על מדע יומי 

"הוכחנו את הרגישות הנדרשת למדידת ריכוזי הגלוקוז האופייניים ברוק, שהם בדרך כלל נמוכים פי 10 מאשר בדם", אמר דומיניקו פסיפיק, פרופסור להנדסה באוניברסיטת בראון, שהוביל את המחקר. "עכשיו אנחנו יכולים לעשות את זה עם סגוליות גבוהה מאוד, כלומר, אנו יכולים להבדיל גלוקוז מרכיבי הרקע של רוק." המחקר החדש מתואר במאמר השער של גיליון יוני של כתב העת Nanophotonics. ביוצ'יפ עשוי חתיכת קוורץ אחד אינץ 'מרובע מצופה שכבה דקה של כסף. חרוט בכסף הם אלפי interferometers ננו - חריצים זעירים עם חריץ בכל צד. חריצים למדוד 200 ננומטר רחב, ואת החריץ הוא 100 ננומטר רחב - על 1,000 פעמים דק יותר שיער אדם. כאשר האור הוא נוצץ על השבב, חריצים לגרום גל של אלקטרונים חופשיים בכסף - משטח plasmon polariton - להפיץ לעבר החריץ. גלים אלה מפריעים לאור העובר דרך החריץ. גלאים רגישים ואז למדוד את דפוסי ההפרעה שנוצר על ידי חריצים חריצים.
כאשר נוזל מונח על השבב, גלים פלסמון האור ואת פני השטח להתפשט דרך הנוזל הזה לפני שהם מפריעים אחד עם השני. זה משנה את דפוסי ההפרעה שנלקחו על ידי הגלאים, בהתאם לאיפור הכימי של הנוזל. על ידי התאמת המרחק בין החריצים לבין החריץ המרכזי, ניתן לכייל את האינטרפרומטרים כדי לזהות את החתימה של תרכובות או מולקולות ספציפיות, עם רגישות גבוהה בכמויות מדגם קטנות ביותר. במאמר שפורסם ב 2012, צוות בראון הראה כי interferometers על biochip יכול לשמש כדי לזהות גלוקוז במים. עם זאת, סלקטיבי גילוי גלוקוז בפתרון מורכב כמו רוק אנושי היה עניין אחר.

"רוק הוא על מים 99 אחוזים, אבל זה 1 אחוז זה לא מים המציג בעיות", אמר Pacifici. "יש אנזימים, מלחים, ורכיבים אחרים שעשויים להשפיע על התגובה של החיישן. במאמר זה פתרנו את בעיית הספציפיות של תכנית החישה שלנו ".
הם עשו זאת באמצעות כימיה צבע כדי ליצור סמן trackable עבור גלוקוז. החוקרים הוסיפו ערוצים מיקרופלואידיים לשבב כדי להציג שני אנזימים המגיבים עם גלוקוז בצורה מסוימת. האנזים הראשון, גלוקוז oxidase, מגיב עם גלוקוז כדי ליצור מולקולה של מי חמצן. מולקולה זו מגיבה לאחר מכן עם האנזים השני, פרקסידאז חזרת, כדי ליצור מולקולה בשם resorufin, אשר יכול לקלוט ולפלוט אור אדום, ובכך לצבוע את הפתרון. החוקרים יכלו אז לכוון את האינטרפרומטרים כדי לחפש את מולקולות resorufin אדום.
"התגובה מתרחשת באופן חד-צדדי: מולקולה של גלוקוז יוצרת מולקולה אחת של רסורופין", אמר פסיפיק. "אז אנחנו יכולים לספור את מספר מולקולות resorufin בפתרון, ולהסיק את מספר מולקולות הגלוקוז שהיו במקור במקור פתרון".
הצוות בדק את השילוב של כימיה של צבע ואינטרפרומטריה פלסמונית על ידי חיפוש גלוקוז ברוק מלאכותי, תערובת של מים, מלחים ואנזימים הדומים לרוק האנושי האמיתי. הם מצאו כי הם יכולים לזהות resorufin בזמן אמת עם דיוק וספציפיות רבה. הם הצליחו לזהות שינויים בריכוז גלוקוז של מיקרומולס 0.1 לליטר - 10 פעמים הרגישות שניתן להשיג על ידי interferometers לבד.
השלב הבא בעבודה, אומר Pacifici, הוא להתחיל לבדוק את השיטה ברוק אנושי אמיתי. בסופו של דבר, החוקרים מקווים כי הם יכולים לפתח מכשיר קטן, עצמאי, שיכול לתת לחולי סוכרת דרך בלתי פולשנית לפקח על רמות הגלוקוז שלהם.
ישנם יישומים פוטנציאליים אחרים גם כן.
"כעת אנחנו מכיילים את המכשיר הזה לאינסולין", אמר פסיפיקלי, "אבל באופן עקרוני נוכל לשנות כהלכה את החיישן" פלסמוניק קובט "לאיתור כל מולקולה של עניין".
זה יכול לשמש כדי לזהות רעלים באוויר או במים או בשימוש במעבדה כדי לפקח על תגובות כימיות כפי שהם מתרחשים על פני השטח חיישן בזמן אמת, אמר Pacifici.

אינטרפרומטר plasmonic יכול לזהות מולקולות גלוקוז במים. גילוי של גלוקוז בנוזל מורכב יותר מאתגר. שליטה על המרחק בין חריצים ושימוש בכימיה צבע על מולקולות גלוקוז מאפשר לחוקרים למדוד את רמות הגלוקוז למרות אחוז 1 של הרוק כי הוא לא מים.

http://www.brown.edu/

צילום: באדיבות אוניברסיטת בראון