Руководители из Университет Брауна разработали новый датчик биочипов, который может выборочно измерять концентрации глюкоза в комплексном решении, аналогичном слюна человека, Продвижение - важный шаг к устройство что позволит людям с диабет для того чтобы испытать их уровни глюкозы без извлекать кровь.

Новый чип использует серию конкретных химические реакции в сочетании с плазмонной интерферометрией, средство обнаружения химической сигнатуры соединений с использованием света. Устройство достаточно чувствительно для обнаружения различий в концентрациях глюкозы, которые составляют всего несколько тысяч молекул в объёме выборки.

ЧИТАЙТЕ О НАУЧНОМ ЕЖЕДНЕВНОМ 

«Мы продемонстрировали чувствительность, необходимую для измерения концентрации глюкозы, характерной для слюны, которая в 100 раз ниже, чем в крови», - сказал Доменико Пасифики, доцент кафедры техники в Брауне, который руководил исследованиями. «Теперь мы можем сделать это с чрезвычайно высокой специфичностью, что означает, что мы можем дифференцировать глюкозу от фоновых компонентов слюны». Новое исследование описано в сопроводительной статье июньского номера журнала «Нанофотоника». Биочип изготовлен из кварцевого куска диаметром 1 дюйм, покрытого тонким слоем серебра. На серебре выгравированы тысячи наноразмерных интерферометров - крошечные щели с бороздками с каждой стороны. Ширина канавок составляет 200, а ширина щели - 100, примерно в 1,000 раз тоньше человеческого волоса. Когда свет падает на кристалл, канавки заставляют волну свободных электронов в серебре - поверхностный плазмонный поляритон - распространяться к щели. Эти волны мешают свету, который проходит через щель. Чувствительные детекторы затем измеряют образцы помех, создаваемых канавками и щелями.
Когда жидкость наносится на чип, свет и поверхностные плазмонные волны распространяются через эту жидкость, прежде чем они будут мешать друг другу. Это изменяет интерференционные картины, полученные датчиками, в зависимости от химического состава жидкости. Регулируя расстояние между канавками и центральной щели, интерферометры могут быть откалиброваны для обнаружения сигнатуры конкретных соединений или молекул с высокой чувствительностью в чрезвычайно малых объемах образца. В статье, опубликованной в 2012, команда Брауна показала, что интерферометры на биочипе могут использоваться для обнаружения глюкозы в воде. Однако выборочное обнаружение глюкозы в комплексном растворе, таком как слюна человека, было другим.

«Слюна - это примерно процент воды 99, но процент 1 - это не вода, которая создает проблемы», - сказал Пасифик. «Существуют ферменты, соли и другие компоненты, которые могут влиять на реакцию датчика. С помощью этой статьи мы решили проблему специфики нашей схемы зондирования ».
Они сделали это, используя химию красителя для создания отслеживаемого маркера для глюкозы. Исследователи добавили микрочипы к каналу, чтобы ввести два фермента, которые реагируют с глюкозой очень определенным образом. Первый фермент, глюкозооксидаза, реагирует с глюкозой с образованием молекулы перекиси водорода. Затем эта молекула реагирует со вторым ферментом, пероксидазой хрена, с образованием молекулы, называемой резорфином, которая может поглощать и излучать красный свет, тем самым окрашивая раствор. Затем исследователи могли настроить интерферометры для поиска красных молекул резоруфина.
«Реакция происходит один на один: молекула глюкозы генерирует одну молекулу резоруфина», - сказал Пасифик. «Таким образом, мы можем подсчитать количество молекул резоруфина в растворе и определить количество молекул глюкозы, которые изначально присутствовали в растворе».
Команда проверила его комбинацию химического состава красителя и плазмонной интерферометрии путем поиска глюкозы в искусственной слюне, смеси воды, солей и ферментов, которая напоминает настоящую человеческую слюну. Они обнаружили, что могут обнаруживать резоруфин в режиме реального времени с большой точностью и специфичностью. Они смогли обнаружить изменения концентрации глюкозы в микромолях 0.1 на литр - 10 умножить на чувствительность, которая может быть достигнута только с помощью интерферометров.
Следующим шагом в работе, говорит Pacifici, является начало тестирования метода в реальной слюне человека. В конечном счете, исследователи надеются, что они смогут разработать небольшое автономное устройство, которое может дать диабетикам неинвазивный способ контролировать уровень глюкозы.
Существуют и другие потенциальные приложения.
«Сейчас мы калибруем это устройство для инсулина, - сказал Пасифик, - но в принципе мы могли бы правильно модифицировать этот датчик« плазмонной кюветы »для обнаружения любой интересующей молекулы».
Он может использоваться для обнаружения токсинов на воздухе или в воде или использоваться в лаборатории для мониторинга химических реакций, как они происходят на поверхности датчика в реальном времени, сказал Pacifici.

Плазмонический интерферометр может обнаруживать молекулы глюкозы в воде. Обнаружение глюкозы в сложной жидкости является более сложной задачей. Контроль расстояния между канавками и использование химии красителя на молекулах глюкозы позволяет исследователям измерять уровни глюкозы, несмотря на 1 процент слюны, который не является водой.

http://www.brown.edu/

Кредит: Изображение предоставлено Университетом Брауна