Diabetes: um biochip medirá glicose pela saliva humana

Pesquisadores de Universidade Brown desenvolveram um novo sensor de biochip que pode medir seletivamente concentrações de glicose em uma solução complexa semelhante a saliva humana. O avanço é um passo importante em direção a uma dispositivo que permitiria pessoas com diabetes para testar seus níveis de glicose sem tirar sangue.

O novo chip utiliza uma série de especificações específicas reacções químicas combinado com interferometria plasmônica, um meio de detectar assinatura química de compostos usando luz. O dispositivo é sensível o suficiente para detectar diferenças nas concentrações de glicose que chegam a apenas alguns milhares de moléculas no volume amostrado.

LER MAIS SOBRE CIÊNCIA DIARIAMENTE

"Demonstramos a sensibilidade necessária para medir as concentrações de glicose típicas na saliva, que são tipicamente 100 vezes mais baixas que no sangue", disse Domenico Pacifici, professor assistente de engenharia da Brown, que liderou a pesquisa. "Agora somos capazes de fazer isso com uma especificidade extremamente alta, o que significa que podemos diferenciar a glicose dos componentes de fundo da saliva". A nova pesquisa é descrita no artigo de capa da edição de junho da revista Nanophotonics. O biochip é feito de um pedaço de quartzo de uma polegada quadrada revestido com uma fina camada de prata. Gravadas na prata estão milhares de interferômetros em nanoescala - pequenas fendas com um sulco em cada lado. As ranhuras medem os nanômetros 200 de largura e a fenda tem os nanômetros 100 de largura - cerca de 1,000 vezes mais fina que um cabelo humano. Quando a luz brilha no chip, as ranhuras fazem com que uma onda de elétrons livres na prata se propague na direção da fenda. Essas ondas interferem na luz que passa pela fenda. Detectores sensíveis medem os padrões de interferência gerados pelas ranhuras e fendas.
Quando um líquido é depositado no chip, a luz e as ondas de plasmon da superfície se propagam através desse líquido antes que elas interfiram entre si. Isso altera os padrões de interferência captados pelos detectores, dependendo da composição química do líquido. Ajustando a distância entre as ranhuras e a fenda central, os interferômetros podem ser calibrados para detectar a assinatura de compostos ou moléculas específicos, com alta sensibilidade em volumes de amostra extremamente pequenos. Em um artigo publicado no 2012, a equipe de Brown mostrou que interferômetros em um biochip poderiam ser usados ​​para detectar glicose na água. No entanto, a detecção seletiva de glicose em uma solução complexa como a saliva humana era outra questão.

"A saliva é cerca de 99 por cento de água, mas é o 1 por cento que não é a água que apresenta problemas", disse Pacifici. “Existem enzimas, sais e outros componentes que podem afetar a resposta do sensor. Com este artigo, resolvemos o problema de especificidade do nosso esquema de detecção. ”
Eles fizeram isso usando a química dos corantes para criar um marcador rastreável da glicose. Os pesquisadores adicionaram canais microfluídicos ao chip para introduzir duas enzimas que reagem com a glicose de uma maneira muito específica. A primeira enzima, a glicose oxidase, reage com a glicose para formar uma molécula de peróxido de hidrogênio. Essa molécula reage com a segunda enzima, a peroxidase de rábano silvestre, para gerar uma molécula chamada resorufina, que pode absorver e emitir luz vermelha, colorindo a solução. Os pesquisadores poderiam então ajustar os interferômetros para procurar as moléculas de resorufina vermelhas.
"A reação acontece de maneira individual: uma molécula de glicose gera uma molécula de resorufina", disse Pacifici. "Portanto, podemos contar o número de moléculas de resorufina na solução e inferir o número de moléculas de glicose que estavam originalmente presentes na solução".
A equipe testou sua combinação de química dos corantes e interferometria plasmônica, buscando glicose na saliva artificial, uma mistura de água, sais e enzimas que se assemelha à verdadeira saliva humana. Eles descobriram que podiam detectar resorufina em tempo real com grande precisão e especificidade. Eles foram capazes de detectar alterações na concentração de glicose dos micromoles 0.1 por litro - 10 vezes a sensibilidade que pode ser alcançada apenas pelos interferômetros.
O próximo passo no trabalho, diz Pacifici, é começar a testar o método na saliva humana real. Por fim, os pesquisadores esperam que eles possam desenvolver um dispositivo pequeno e independente que possa dar aos diabéticos uma maneira não invasiva de monitorar seus níveis de glicose.
Existem outras aplicações em potencial também.
"Agora estamos calibrando esse dispositivo para insulina", disse Pacifici, "mas, em princípio, poderíamos modificar adequadamente esse sensor de 'cubeta plasmônica' para detectar qualquer molécula de interesse".
Ele pode ser usado para detectar toxinas no ar ou na água ou usado no laboratório para monitorar reações químicas à medida que ocorrem na superfície do sensor em tempo real, disse Pacifici.

Um interferômetro plasmônico pode detectar moléculas de glicose na água. A detecção de glicose em um fluido complexo é mais desafiadora. Controlar a distância entre os sulcos e usar a química dos corantes nas moléculas de glicose permite que os pesquisadores medam os níveis de glicose, apesar da porcentagem de saliva 1 que não é água.

http://www.brown.edu/

Crédito: Imagem cortesia da Brown University

Comentários estão fechados.