Реактори з Університет Брауна розробили новий біочиповий датчик, який може вибірково виміряти концентрації глюкоза в складному розчині схоже на людська слина. Просування є важливим кроком до a пристрій що дозволить людям діабет для перевірки рівня їх глюкози, не маючи крові.

Новий чіп використовує серію конкретних хімічні реакції в поєднанні з плазмонічною інтерферометрією, засіб виявлення хімічного підпису сполук із використанням світла. Пристрій достатньо чутливий для виявлення відмінностей в концентраціях глюкози, які дорівнюють лише кільком тисячам молекул у зразку об'єму.

ДОПОВНЕННЯ ЩОДО НАУКОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ 

"Ми продемонстрували чутливість, необхідну для вимірювання концентрацій глюкози, типових для слини, які, як правило, менше, ніж у крові", - сказав Доменіко Пацифічі, доцент кафедри інженерної справи Брауна, який очолював дослідження. "Тепер ми можемо зробити це з надзвичайно високою специфічністю, а це означає, що ми можемо диференціювати глюкозу від фонових компонентів слини". Нове дослідження описується в обкладинці статті червневого номера журналу "Нанофотоніка". Біочіп виготовляється з одного дюйма квадратного кварцового покриття з тонким шаром срібла. Витравлені в сріблі тисячі нанорозмірних інтерферометрів - крихітні щілини з борозенкою на кожній стороні. Виїмки вимірюють нанометрів шириною 200, а щілиною є ширина 100 нанометрів - близько 1,000 разів тонше людського волосся. Коли світло освітлюється на чіпі, канавки викликають хвилю вільних електронів у сріблі - поверхневий плазмонний поляритон - для розповсюдження до щілини. Ці хвилі заважають світлу, що проходить через щілину. Чутливі детектори потім вимірюють структури інтерференції, що генеруються канавками і щілинами.
Коли на чіпі наносять рідину, світло та поверхневі плазмонні хвилі поширюються через цю рідину, перш ніж вони перешкоджають один одному. Це змінює інтерференційні схеми, підібрані детекторами, залежно від хімічного складу рідини. Регулюючи відстань між канавками та центральною щілиною, інтерферометри можуть бути відкалібровані для виявлення підпису конкретних сполук або молекул з високою чутливістю у надзвичайно малих об'ємах. У статті, опублікованій в 2012, команда Брауна показала, що інтерферометри на біочипі можуть бути використані для виявлення глюкози у воді. Проте вибіркове визначення глюкози в складному розчині, як людська слина, було ще одним питанням.

"Слина близько 99 відсотка води, але це 1 відсотка, що не вода, яка представляє проблеми", сказав Pacifici. «Є ферменти, солі та інші компоненти, які можуть впливати на реакцію датчика. У цій роботі ми вирішили проблему специфіки нашої сенсорної схеми ».
Вони зробили це, використовуючи хімічну фарбу для створення відстежуваного маркера для глюкози. Дослідники додали мікрофлюідні канали до мікросхему, щоб представити два ферменти, які взаємодіють з глюкозою дуже специфічно. Перший фермент, глюкозооксидаза, реагує з глюкозою, утворюючи молекулу перекису водню. Ця молекула потім реагує з другим ферментом, пероксидазою хрону, щоб генерувати молекулу, що називається резорфуфін, яка може поглинати і виділяти червоне світло, таким чином забарвлюючи розчин. Тоді дослідники могли налаштовувати інтерферометри для пошуку молекул червоного резорфуміну.
"Реакція відбувається в один до одного: молекула глюкози генерує одну молекулу resorufin," Pacifici сказав. "Таким чином, ми можемо підрахувати кількість молекул resorufin в розчині і зробити висновок про кількість молекул глюкози, які спочатку були присутні в розчині".
Команда перевірила свою комбінацію хімії барвника і плазмонної інтерферометрії, шукаючи глюкозу в штучній слині, суміші води, солей і ферментів, що нагадує справжню людську слину. Вони виявили, що вони можуть виявити resorufin в реальному часі з великою точністю і специфічністю. Їм вдалося виявити зміни концентрації глюкози в мікромолях 0.1 на літр - 10 разів чутливість, що може бути досягнута лише інтерферометрами.
Наступний крок у роботі, за словами Pacifici, полягає в тому, щоб розпочати тестування методу в реальній слині людини. Зрештою, дослідники сподіваються, що зможуть розробити невеликий, автономний пристрій, який може дати діабетикам неінвазивний спосіб контролювати рівень глюкози.
Існують й інші потенційні програми.
"Зараз ми калібруємо цей пристрій для інсуліну", - сказав Пацифічі, - але в принципі ми могли б правильно модифікувати цей "плазмонний кюветний" датчик для виявлення будь-якої цікавить молекули. "
Він може бути використаний для виявлення токсинів в повітрі або воді або використовується в лабораторії для моніторингу хімічних реакцій, як вони відбуваються на поверхні датчика в реальному часі, сказав Pacifici.

Плазмонічний інтерферометр може виявити молекули глюкози у воді. Виявлення глюкози в складній рідині є більш складним завданням. Контроль відстані між канавками та використанням хімічної фарби на молекулах глюкози дозволяє дослідникам вимірювати рівень глюкози, незважаючи на відсоток слини 1, що не є водою.

http://www.brown.edu/

Кредит: Зображення надано університетом Брауна