นักวิจัยจาก มหาวิทยาลัยบราวน์ ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ Biochip แบบใหม่ซึ่งสามารถวัดความเข้มข้นของ กลูโคส ในทางออกที่ซับซ้อนคล้ายกับ น้ำลายมนุษย์. ความก้าวหน้าเป็นขั้นตอนสำคัญที่มีต่อ a เครื่อง ที่จะช่วยให้คนที่มี โรคเบาหวาน เพื่อทดสอบระดับน้ำตาลโดยไม่ต้องวาดเลือด

ชิปตัวใหม่นี้ใช้ชุดที่เฉพาะเจาะจง ปฏิกริยาเคมี รวมกับการวัดค่าพลาสมา (plasmonic interferometry) ซึ่งเป็นวิธีการตรวจจับลายเซ็นเคมีของสารประกอบโดยใช้แสง อุปกรณ์มีความไวพอที่จะตรวจจับความแตกต่างของความเข้มข้นของกลูโคสที่มีเพียงไม่กี่พันโมเลกุลในปริมาตรที่สุ่มตัวอย่าง

อ่านข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ประจำวัน 

"เราได้แสดงให้เห็นถึงความไวที่จำเป็นในการวัดความเข้มข้นของกลูโคสในน้ำลายซึ่งมักจะน้อยกว่าเลือดประมาณ 100" โดเมนิโก้แปซิฟิกติผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมของบราวน์ผู้วิจัยกล่าว "ตอนนี้เราสามารถทำได้ด้วยความจำเพาะสูงมากซึ่งหมายความว่าเราสามารถแยกความแตกต่างของกลูโคสจากองค์ประกอบพื้นหลังของน้ำลายได้" งานวิจัยฉบับใหม่นี้ได้อธิบายไว้ในบทความปกของฉบับเดือนมิถุนายนของวารสาร Nanophotonics ไบโอชิปทำมาจากชิ้นส่วนที่ทำจากผลึกควอตซ์เคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของเงิน สลักเป็นเงินเป็นพัน interferometers nanoscale - ช่องเล็ก ๆ ที่มีร่องในแต่ละด้าน ร่องมีขนาดกว้าง 200 นาโนเมตรกว้างและมีขนาดกว้าง 100 นาโนเมตรกว้างประมาณ 1,000 เท่าของเส้นผม เมื่อแสงส่องบนชิปร่องทำให้เกิดคลื่นอิเล็กตรอนอิสระในรูปคลื่น - polariton plasmon ผิว - เพื่อกระจายไปยังช่อง คลื่นเหล่านี้แทรกแซงกับแสงที่ผ่านช่องแคบ เครื่องตรวจจับที่มีความสำคัญจะวัดรูปแบบการแทรกแซงที่เกิดจากร่องและรอยบาก
เมื่อของเหลวอยู่บนชิปแสงและคลื่น plasmon พื้นผิวจะแพร่กระจายผ่านของของเหลวนั้นก่อนที่จะเข้าแทรกแซงกัน ที่ปรับเปลี่ยนรูปแบบการรบกวนที่หยิบขึ้นมาโดยเครื่องตรวจจับขึ้นอยู่กับการแต่งหน้าทางเคมีของของเหลว สามารถปรับเทียบ interferometers เพื่อตรวจจับลายเซ็นของสารประกอบหรือโมเลกุลเฉพาะที่มีความไวสูงในปริมาณตัวอย่างที่น้อยมาก ในบทความที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร 2012 ทีมงาน Brown ได้แสดงให้เห็นว่าอินฟราเรดบนไบออสสามารถใช้เพื่อตรวจหากลูโคสในน้ำ อย่างไรก็ตามการคัดเลือกน้ำตาลกลูโคสในสารละลายที่ซับซ้อนเช่นน้ำลายของมนุษย์เป็นอีกเรื่องหนึ่ง

น้ำลายเป็นน้ำประมาณร้อยละ 99 แต่มันเป็นร้อยละ 1 ที่ไม่ใช่น้ำที่มีปัญหา "Pacifici กล่าว "มีเอนไซม์เกลือและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่อาจส่งผลต่อการตอบสนองของเซ็นเซอร์ ด้วยกระดาษนี้เราแก้ปัญหาเฉพาะเจาะจงของโครงการตรวจจับของเรา "
พวกเขาทำอย่างนั้นโดยใช้เคมีย้อมเพื่อสร้างเครื่องหมายสำหรับกลูโคส นักวิจัยได้เพิ่มช่องทาง microfluidic ลงในชิพเพื่อแนะนำเอนไซม์สองตัวที่ทำปฏิกิริยากับน้ำตาลกลูโคสในลักษณะที่เฉพาะเจาะจงมาก เอนไซม์แรกคือ glucose oxidase ทำปฏิกิริยากับน้ำตาลกลูโคสเพื่อสร้างโมเลกุลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โมเลกุลนี้ทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ที่สองเปอร์ออกซิเดสชนิดพืชชนิดหนึ่งเพื่อสร้างโมเลกุลที่เรียกว่า resorufin ซึ่งสามารถดูดซับและปล่อยแสงสีแดงได้ดังนั้นจึงเป็นสีของสารละลาย นักวิจัยสามารถปรับแต่ง interferometers เพื่อหาโมเลกุลเรซูรูฟีน
"ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในแบบตัวต่อตัว: โมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสจะสร้างโมเลกุลหนึ่งตัวของ resorufin" แปซิฟิกกล่าว "ดังนั้นเราสามารถนับจำนวนโมเลกุล resorufin ในสารละลายและอนุมานจำนวนโมเลกุลกลูโคสที่มีอยู่ในสารละลาย"
ทีมทดสอบส่วนผสมของเคมีย้อมสีและการวิเคราะห์ทางพลาสมาโดยการหากลูโคสในน้ำลายเทียมผสมน้ำเกลือและเอนไซม์ที่คล้ายกับน้ำลายของมนุษย์จริงๆ พวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถตรวจจับ resorufin ได้แบบเรียลไทม์ด้วยความแม่นยำและความแม่นยำสูง พวกเขาสามารถตรวจพบการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของกลูโคสในไมโครเมตรต่อลิตร 0.1 - 10 เท่าของความไวที่สามารถทำได้โดยการใช้ interferometers เพียงอย่างเดียว
ขั้นตอนต่อไปในการทำงาน Pacifici กล่าวว่าคือการเริ่มต้นการทดสอบวิธีการในน้ำลายของมนุษย์จริงๆ ในท้ายที่สุดนักวิจัยหวังว่าพวกเขาสามารถพัฒนาอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีอยู่ในตัวเองซึ่งอาจทำให้ผู้ป่วยโรคเบาหวานเป็นวิธีที่ไม่เป็นอันตรายในการตรวจสอบระดับน้ำตาลของตัวเอง
นอกจากนี้ยังมีแอพพลิเคชันอื่น ๆ อีกด้วย
"เรากำลังปรับเทียบอุปกรณ์นี้สำหรับอินซูลิน" Pacifici กล่าว "แต่ในหลักการเราสามารถปรับเปลี่ยนเซ็นเซอร์ 'plasmonic cuvette' เพื่อตรวจจับโมเลกุลที่น่าสนใจได้อย่างเหมาะสม"
สามารถใช้เพื่อตรวจหาสารพิษในอากาศหรือน้ำหรือใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบปฏิกิริยาทางเคมีตามที่เกิดขึ้นที่ผิวเซ็นเซอร์ในเวลาจริง Pacifici กล่าว

สามารถตรวจจับโมเลกุลกลูโคสในน้ำได้ การตรวจหากลูโคสในของเหลวที่ซับซ้อนเป็นเรื่องที่ท้าทายมากขึ้น การควบคุมระยะห่างระหว่างร่องและการใช้เคมีย้อมกับโมเลกุลกลูโคสช่วยให้นักวิจัยสามารถวัดระดับน้ำตาลได้แม้จะมีน้ำลายประมาณร้อยละ 1 ที่ไม่ใช่น้ำ

http://www.brown.edu/

เครดิต: ได้รับความอนุเคราะห์จากมหาวิทยาลัยบราวน์