Revēti no Brown University ir izstrādājuši jaunu biochip sensoru, kas var selektīvi izmērīt glikoze kompleksā šķīdumā, kas līdzīgs cilvēka siekalās. Avanss ir svarīgs solis ceļā uz ierīce kas ļautu cilvēkiem ar diabēts lai pārbaudītu glikozes līmeni bez asiņu pievilināšanas.

Jaunajā mikroshēmā tiek izmantota virkne īpašu ķīmiskās reakcijas apvienojumā ar plazmonu interferometriju, līdzeklis ķīmisko parakstu noteikšanai savienojumiem, izmantojot gaismu. Ierīce ir pietiekami jutīga, lai noteiktu atšķirības glikozes koncentrācijās, kas parauga tilpumā veido tikai dažus tūkstošus molekulu.

READMORE par zinātni katru dienu 

"Mēs esam pierādījuši jutību, kas nepieciešama, lai novērtētu glikozes koncentrāciju, kas raksturīga siekalai, un parasti ir par 100 reizes mazāka nekā asinīs," teica pētījuma vadītājs Domenico Pacifici, inženieres profesors Domeniko Paksi. "Tagad mēs spējam to izdarīt ar ļoti augstu specifiku, kas nozīmē, ka mēs varam diferencēt glikozi no fizioloģiskām siekalu sastāvdaļām." Jaunais pētījums ir aprakstīts žurnāla "Nanophotonics" jūnija izdevuma segtajā rakstā. Biočips ir izgatavots no viena collu kvadrātveida kvarca gabala, kas pārklāts ar plānu sudraba kārtu. Sudraba iegremdē ir tūkstošiem nanoskaļruņu interferometru - sīkas šķautnes ar gropi no abām pusēm. Caurumu platums ir 200 nanometru plats, un spraugas platums ir 100 nanometri - apmēram 1,000 reizes plānāks nekā cilvēka mati. Kad mikroshēmā spīd gaisma, rievas rada sudraba brīvo elektronu viļņu - virsmas plazmonu polaritons -, kas izplatās pret spraugām. Šie viļņi traucē gaismai, kas iziet cauri spraugai. Sensitīvi detektori tad mēra traucējumu modeļus, ko rada rievas un iegriezumi.
Ja uz mikroshēmā tiek uzlikts šķidrums, gaisma un virsmas plazmas viļņi izplatās caur šo šķidrumu, pirms tie traucē viens otru. Tas maina detektoru uztvertos traucējumu modeļus, atkarībā no šķidruma ķīmiskā sastāva. Pielāgojot attālumu starp rievām un centra šķēli, interferometrus var kalibrēt, lai noteiktu īpašu savienojumu vai molekulu parakstu, ar augstu jutību ļoti mazos paraugu tilpumos. 2012 publicētajā rakstā Brown komanda parādīja, ka, lai noteiktu glikozi ūdenī, varētu izmantot interčerometrus biočipā. Tomēr selektīva glikozes noteikšana kompleksā šķīdumā, piemēram, cilvēka siekalās, bija vēl viens jautājums.

"Saliva ir apmēram 99 procenti ūdens, bet tas ir 1 procenti, kas nav ūdens, kas rada problēmas," sacīja Pacifici. "Ir enzīmi, sāļi un citas sastāvdaļas, kas var ietekmēt sensora reakciju. Ar šo dokumentu mēs atrisinājām problēmu, kas saistīta ar mūsu sensēšanas shēmas specifiku. "
Viņi to izdarīja, izmantojot krāsvielu ķīmiju, lai izveidotu izsekotu glikozes marķieri. Pētnieki pievienoja šķidrumam mikrofluidiskos kanālus, lai ieviestu divus enzīmus, kuri ļoti precīzi reaģē ar glikozi. Pirmais ferments, glikozes oksidāze, reaģē ar glikozi, veidojot ūdeņraža peroksīda molekulu. Šī molekula reaģē ar otro enzīmu, mārrutku peroksidāzi, lai radītu molekulu, ko sauc par rezorufīnu, kas var absorbēt un izstarot sarkano gaismu, tādējādi krāsojot šķīdumu. Pēc tam pētnieki varētu pielāgot interferometrus, lai meklētu sarkano resorufīna molekulas.
"Reakcija notiek vienpersoniski: glikozes molekula rada vienu rezorufīna molekulu," sacīja Pacifici. "Tātad mēs varam rēķināties ar rezorufīna molekulu skaitu šķīdumā un secināt, cik daudz glikozes molekulu sākotnēji bija šķīdumā."
Komanda pārbaudīja krāsvielu ķīmijas un plazmoniskās interferometrijas kombināciju, meklējot glikozi mākslīgās siekalās, ūdens, sāļu un fermentu maisījumu, kas līdzinās īstām cilvēka siekalām. Viņi konstatēja, ka viņi var atklāt rezorufīnu reālā laikā ar lielu precizitāti un specifiku. Viņi spēja noteikt izmaiņas glikozes koncentrācijā 0.1 mikromolos litrā - 10 reizēm jutīgumu, ko var sasniegt tikai interferometriem.
Nākamais solis darbā, Pacifici saka, ir sākt testēt metodi reālās cilvēka siekalās. Galu galā pētnieki cer, ka viņi var izveidot nelielu, autonomu ierīci, kas diabēta slimniekiem varētu nodrošināt neinvazīva veida kontroli pār glikozes līmeni.
Ir arī citi iespējamie pieteikumi.
"Tagad mēs šo ierīci kalibrējam insulīnam," sacīja Pacifici, taču principā mēs varētu pienācīgi modificēt šo "plazmoniskās kivetes" sensoru, lai noteiktu jebkuru interesējošu molekulu. "
To varētu izmantot, lai noteiktu toksīnus gaisā vai ūdenī vai izmantotu laboratorijā, lai novērotu ķīmiskās reakcijas, kas notiek reālā laikā sensoru virsmā, sacīja Pacifici.

Plazmoņu interferometrs var atklāt glikozes molekulas ūdenī. Glikozes noteikšana kompleksā šķidrumā ir daudz grūtāks. Pārbaudot attālumu starp rievām un izmantojot krāsvielu ķīmiju uz glikozes molekulām, pētnieki var izmērīt glikozes līmeni, neskatoties uz 1 procentuālo daudzumu siekalu, kas nav ūdens.

http://www.brown.edu/

Kredīts: attēls no Braunas universitātes