糖尿病：バイオチップは人間の唾液によってグルコースを測定する
〜からのRearchers ブラウン大学 新しいバイオチップセンサーを開発しました。このセンサーは、 グルコース 同様の複雑なソリューションで 人間の唾液。 この進歩は、 デバイス それは 糖尿病 血液を採取することなくグルコースレベルを試験する。
新しいチップは一連の特定の 化学反応 プラズモニック干渉計と組み合わせて、光を用いて化合物の化学的サインを検出する手段を提供する。 このデバイスは、サンプリングされた体積のほんの数千分子に相当するグルコース濃度の差を検出するのに十分に感度が高い。
「我々は、唾液中の典型的なグルコース濃度を測定するのに必要な感度を実証しました。典型的には血液よりも100倍低い」と、ブラウンのエンジニアリング担当副所属のDomenico Pacificiは述べた。 「これで、非常に高い特異性でこれを行うことができます。つまり、唾液のバックグラウンド成分とグルコースを区別することができます。 新しい研究は、雑誌Nanophotonicsの6月号のカバー記事で説明されています。 バイオチップは、銀の薄い層でコーティングされた1インチ角の石英からできています。 銀にエッチングされた数千のナノスケール干渉計 - 両側に溝がある小さなスリット。 溝は200ナノメートル幅を測定し、スリットは100ナノメートル幅であり、人間の毛よりも約1,000倍薄い。 光がチップに照射されると、溝は表面プラズモンポラリトンである銀中の自由電子の波をスリットに向かって伝播させます。 これらの波は、スリットを通過する光と干渉します。 次に、敏感な検出器は、溝およびスリットによって生成される干渉のパターンを測定する。
チップ上に液体が堆積されると、光と表面プラズモン波は、それらが互いに干渉する前にその液体を伝搬する。 これは、液体の化学的構成に依存して、検出器によって捕捉される干渉パターンを変える。 溝と中心スリットとの間の距離を調整することにより、干渉計を較正して、極めて少量の試料体積で高感度で特定の化合物または分子の特性を検出することができる。 Brown氏のチームは、2012に掲載された論文で、バイオチップ上の干渉計を使用して水中のグルコースを検出できることを示しました。 しかしながら、ヒトの唾液のような複雑な溶液中のグルコースを選択的に検出することは別の問題であった。
「唾液は99％の水ですが、それは問題を引き起こす水ではない1パーセントです」とPacifici氏は述べています。 「センサーの反応に影響を与える可能性のある酵素、塩、その他の成分があります。 この論文では、私たちのセンシングスキームの特異性の問題を解決しました。
彼らは、色素化学を用いてグルコースのための追跡可能なマーカーを作製することによってそれを行った。 研究者は、非常に特異的な方法でグルコースと反応する2つの酵素を導入するために、マイクロ流体チャネルをチップに加えた。 第1の酵素であるグルコースオキシダーゼは、グルコースと反応して過酸化水素の分子を形成する。 次いで、この分子は、第2の酵素、ホースラディッシュペルオキシダーゼと反応して、レゾルフィンと呼ばれる分子を生成し、赤色光を吸収して放出し、溶液を着色する。 研究者らは、レゾルフィン分子を探すために干渉計を調整することができました。
「反応は1対1のやり方で起こります：グルコースの分子は1分子のレゾルフィンを生成します」とPacificiは言いました。 「溶液中のレゾルフィン分子の数を数え、元々は溶液中に存在していたグルコース分子の数を推測することができます」
研究チームは、実際のヒトの唾液に似た水、塩、酵素の混合物である人工唾液中のグルコースを調べることにより、色素化学とプラズモン干渉計の組み合わせをテストしました。 彼らは高い精度と特異性でリアルタイムでレゾルフィンを検出できることを発見しました。 彼らは、リットルあたりの0.1マイクロモルのグルコース濃度の変化を検出することができました.10は、干渉計だけで達成できる感度です。
パシフィリ氏によると、この作業の次のステップでは、実際の人間の唾液中のメソッドのテストを開始することです。 最終的に、研究者は、糖尿病患者にグルコースレベルを監視する非侵襲的方法を与えることができる、小型で自己完結型の装置を開発することを望む。
他にも潜在的なアプリケーションがあります。
Pacifici社は、「このデバイスをインシュリン用に較正していますが、原理的には、この「プラズモンキュベット」センサーを適切な分子で検出することができます」と述べています。
これは、大気中または水中の毒素を検出するために使用することができ、リアルタイムでセンサ表面で発生する化学反応を監視するために実験室で使用される可能性があります。
プラズモン干渉計は、水中のグルコース分子を検出することができる。 複雑な流体中のグルコースの検出はより困難です。 グルーヴ間の距離を制御し、色素化学をグルコース分子に使用すると、研究者は水ではない唾液の1パーセントにもかかわらずグルコースレベルを測定することができます。
http://www.brown.edu/
提供：ブラウン大学の画像提供