Výskumníci z Brown University vyvinuli nový senzor biochipu, ktorý môže selektívne merať koncentrácie glukóza v komplexnom roztoku podobnom ľudské sliny, Pokrok je dôležitým krokom smerom k a zariadení umožnilo ľuďom s cukrovka testovať ich hladiny glukózy bez toho, aby sa odoberala krv.

Nový čip využíva rad špecifických chemické reakcie v kombinácii s plazmónovou interferometriou, prostriedok na detekciu chemického podpisu zlúčenín pomocou svetla. Zariadenie je dostatočne citlivé na detekciu rozdielov v koncentráciách glukózy, ktoré predstavujú len niekoľko tisíc molekúl vo vzorkovanom objeme.

DOČASNE PREČÍTAJTE NA VEDOMOSTI 

„Preukázali sme citlivosť potrebnú na meranie koncentrácií glukózy typických v slinách, ktoré sú zvyčajne 100 krát nižšie ako v krvi,“ povedal Domenico Pacifici, odborný asistent inžinierstva v spoločnosti Brown, ktorý viedol výskum. „Teraz sme schopní to urobiť s mimoriadne vysokou špecifickosťou, čo znamená, že môžeme odlíšiť glukózu od základných zložiek slín.“ Nový výskum je opísaný v obálke v júnovom čísle časopisu Nanophotonics. Biočip je vyrobený z jedného štvorcového štvorca kremeňa potiahnutého tenkou vrstvou striebra. Leptané v striebre sú tisíce nanometrov interferometrov - malé štrbiny s drážkou na každej strane. Drážky merajú 200 nanometre široko a štrbina je široká 100 nanometrov - približne 1,000 krát tenšia ako ľudské vlasy. Keď svetlo svieti na čipe, drážky spôsobujú vlnu voľných elektrónov v striebre - povrchový plazmónový polaritón - na šírenie smerom k štrbine. Tieto vlny interferujú so svetlom, ktoré prechádza cez štrbinu. Citlivé detektory potom merajú vzory interferencie generované drážkami a štrbinami.
Keď je kvapalina uložená na čipe, svetlo a povrchové plazmonové vlny sa šíria cez túto kvapalinu predtým, než sa vzájomne ovplyvňujú. To mení interferenčné vzory snímané detektormi v závislosti od chemického zloženia kvapaliny. Nastavením vzdialenosti medzi drážkami a stredovou štrbinou môžu byť interferometre kalibrované na detekciu podpisu špecifických zlúčenín alebo molekúl s vysokou citlivosťou v extrémne malých objemoch vzorky. V článku publikovanom v 2012, tím Brown ukázal, že interferometre na biočipe môžu byť použité na detekciu glukózy vo vode. Ďalšou záležitosťou však bola selektívna detekcia glukózy v komplexnom roztoku, ako je ľudská slina.

"Sliny sú asi 99 percent vody, ale je to 1 percent, čo nie je voda, ktorá predstavuje problémy," povedal Pacifici. „Existujú enzýmy, soli a ďalšie zložky, ktoré môžu ovplyvniť odozvu senzora. Pomocou tohto dokumentu sme riešili problém špecifickosti našej snímacej schémy. “
Urobili to tým, že používali chémiu farbív na vytvorenie sledovateľného markera glukózy. Výskumníci pridali mikrofluidné kanály do čipu na zavedenie dvoch enzýmov, ktoré reagujú s glukózou veľmi špecifickým spôsobom. Prvý enzým, oxidáza glukózy, reaguje s glukózou za vzniku molekuly peroxidu vodíka. Táto molekula potom reaguje s druhým enzýmom, chrenovou peroxidázou, aby vytvorila molekulu nazývanú resorufin, ktorá môže absorbovať a emitovať červené svetlo, čím sa roztok zafarbí. Výskumníci potom mohli naladiť interferometre a hľadať červené molekuly resorufínu.
"Reakcia sa deje jedným spôsobom: molekula glukózy generuje jednu molekulu resorufínu," povedal Pacifici. "Takže môžeme spočítať počet molekúl resorufínu v roztoku a odvodiť počet molekúl glukózy, ktoré boli pôvodne prítomné v roztoku."
Tím testoval kombináciu chémie farbív a plazmonickej interferometrie hľadaním glukózy v umelých slinách, zmesi vody, solí a enzýmov, ktoré sa podobajú na skutočné ľudské sliny. Zistili, že môžu rozpoznať resorufin v reálnom čase s veľkou presnosťou a špecifickosťou. Dokázali detekovať zmeny v koncentrácii glukózy 0.1 mikromólov na liter - 10 násobok citlivosti, ktorú možno dosiahnuť samotnými interferometrami.
Ďalší krok v práci, hovorí Pacifici, je začať testovať metódu v skutočných ľudských slinách. V konečnom dôsledku vedci dúfajú, že môžu vyvinúť malé, samostatné zariadenie, ktoré by diabetikom umožnilo neinvazívny spôsob monitorovania hladiny glukózy.
Existujú aj iné potenciálne aplikácie.
"Teraz kalibrujeme toto zariadenie na inzulín," povedal Pacifici, "ale v princípe by sme mohli tento senzor" plazmónovej kyvety "vhodne modifikovať na detekciu akejkoľvek molekuly, ktorá nás zaujíma."
Môže byť použitý na detekciu toxínov vo vzduchu alebo vo vode alebo v laboratóriu na monitorovanie chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú na povrchu senzora v reálnom čase.

Plazmonický interferometer môže detegovať molekuly glukózy vo vode. Detekcia glukózy v komplexnej tekutine je náročnejšia. Riadenie vzdialenosti medzi drážkami a použitie chémie farbív na molekulách glukózy umožňuje výskumníkom merať hladiny glukózy napriek 1 percentám slín, ktoré nie sú vodou.

http://www.brown.edu/

Kredit: Obrázok s láskavým dovolením Brown University