Rectorii de la Brown University au dezvoltat un nou senzor de biochip care poate măsura selectiv concentrațiile de glucoză într-o soluție complexă similară cu saliva umană. Avansul este un pas important spre a dispozitiv care ar permite oamenilor cu diabet pentru a testa nivelul glucozei fără a trage sânge.

Noul cip utilizează o serie de caracteristici specifice reacții chimice combinată cu interferometria plasmonică, un mijloc de detectare a semnăturii chimice a compușilor utilizând lumina. Dispozitivul este suficient de sensibil pentru a detecta diferențele în concentrațiile de glucoză care se ridică la doar câteva mii de molecule în volumul eșantionat.

READMORE ON SCIENCE DAILY 

"Am demonstrat sensibilitatea necesară măsurării concentrațiilor de glucoză tipice în saliva, care sunt în mod obișnuit 100 ori mai mici decât în ​​sânge", a spus Domenico Pacifici, profesor asistent de inginerie la Brown, care a condus cercetarea. Acum suntem capabili sa facem acest lucru cu o specificitate extrem de mare, ceea ce inseamna ca putem diferentia glucoza de componentele de fond ale saliva. Noua cercetare este descrisă în articolul de corespondență al revistei Nanophotonics din iunie. Biochipul este fabricat dintr-o bucată de cuarț de un centimetru de cuarț acoperită cu un strat subțire de argint. Etanșați în argint sunt mii de interferometre la scară nanometrică - fante mici, cu un canal pe fiecare parte. Șanțurile măsoară nanometrii 200 lățime, iar fanta este de nanometri 100 - aproximativ 1,000 ori mai subțire decât un fir de păr uman. Când lumina strălucește pe chip, canelurile produc un val de electroni liberi în argint - un polariton de suprafață de plasmon - pentru a se propaga spre fante. Aceste valuri interferează cu lumina care trece prin fanta. Detectoarele sensibile măsoară apoi modelele de interferențe generate de caneluri și fante.
Când un lichid este depus pe cip, undele de lumină și suprafața plasmonară se propagă prin acel lichid înainte de a interfera unul cu celălalt. Aceasta modifică modelele de interferență preluate de detectori, în funcție de compoziția chimică a lichidului. Prin ajustarea distanței dintre caneluri și fanta centrală, interferometrele pot fi calibrate pentru a detecta semnătura compușilor sau moleculelor specifice, cu o sensibilitate ridicată în volume extrem de mici de eșantioane. Într-o lucrare publicată în 2012, echipa Brown a arătat că interferometrele pe un biochip pot fi folosite pentru a detecta glucoza în apă. Cu toate acestea, detectarea selectivă a glucozei într-o soluție complexă, precum saliva umană, a fost o altă problemă.

"Saliva este de aproximativ 99% apă, dar este procentul 1 care nu este apă care prezintă probleme", a spus Pacifici. "Există enzime, săruri și alte componente care pot afecta răspunsul senzorului. Cu această lucrare am rezolvat problema specificității schemei noastre de detectare. "
Ei au făcut asta folosind chimia de coloranți pentru a crea un marker trasabil pentru glucoză. Cercetatorii au adaugat canale microfluidice la cip pentru a introduce doua enzime care reactioneaza cu glucoza intr-un mod foarte specific. Prima enzimă, glucoza oxidază, reacționează cu glucoza pentru a forma o moleculă de peroxid de hidrogen. Această moleculă reacționează apoi cu a doua enzimă, peroxidază de hrean, pentru a genera o moleculă numită resorufin, care poate absorbi și emite lumină roșie, colorând astfel soluția. Cercetatorii ar putea apoi sa tune interferometrele pentru a cauta moleculele de rosu resorufin.
Reacția se întâmplă într-o manieră unu-la-unu: o moleculă de glucoză generează o moleculă de resorufină, a spus Pacifici. Deci, putem numara numarul de molecule resorufin in solutie, si de a deduce numarul de molecule de glucoza care au fost initial prezente in solutie.
Echipa a testat combinația de chimie a colorantului cu interferometria plasmonică prin căutarea de glucoză în saliva artificială, un amestec de apă, săruri și enzime care seamănă cu saliva umană reală. Ei au descoperit că ar putea detecta resorufin în timp real cu mare precizie și specificitate. Au fost capabili să detecteze modificări ale concentrației de glucoză a micromolilor 0.1 pe litru - 10 ori sensibilitatea care poate fi obținută numai prin interferometre.
Următorul pas în lucrare, spune Pacifici, este de a începe testarea metodei în saliva umană reală. In cele din urma, cercetatorii spera ca pot dezvolta un dispozitiv mic, autonom, care ar putea oferi diabeticii un mod neinvaziv de monitorizare a nivelului lor de glucoza.
Există și alte aplicații potențiale.
"Acum calibrăm acest dispozitiv pentru insulină", ​​a spus Pacifici, "dar, în principiu, am putea modifica corect acest senzor" cuvei plasmonice "pentru detectarea oricărei molecule de interes".
Acesta ar putea fi folosit pentru detectarea toxinelor in aer sau apa sau utilizat in laborator pentru a monitoriza reactiile chimice pe masura ce apar la suprafata senzorului in timp real, a spus Pacifici.

Un interferometru plasmonic poate detecta moleculele de glucoză în apă. Detectarea glucozei într-un fluid complex este mai dificilă. Controlul distanței dintre caneluri și utilizarea chimiei colorantului pe moleculele de glucoză permite cercetătorilor să măsoare nivelurile de glucoză, în ciuda procentului 1 al saliva care nu este apă.

http://www.brown.edu/

Credit: imagine prin amabilitatea Brown University