来自的研究人员 布朗大学 已经开发出一种新的生物芯片传感器，可以选择性地测量浓度 葡萄糖 在类似于的复杂解决方案中 人类的唾液。 这是一个重要的进步 设备 这将使人们 糖尿病 测试他们的葡萄糖水平而不抽血。

新芯片利用了一系列具体的功能 化学反应 结合等离子体干涉测量法，一种利用光检测化合物化学特征的方法。 该装置足够灵敏，可以检测葡萄糖浓度的差异，该浓度相当于采样体积中的几千个分子。

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“我们已经证明了测量唾液中典型葡萄糖浓度所需的灵敏度，通常比血液中的葡萄糖浓度低100倍，”领导该研究的布朗工程助理教授Domenico Pacifici说。 “现在我们能够以极高的特异性做到这一点，这意味着我们可以将葡萄糖与唾液的背景成分区分开来。” 这项新研究在六月刊Nanophotonics的封面文章中有所描述。 生物芯片由一块1英寸见方的石英片制成，上面涂有一层薄薄的银。 在银中蚀刻的是数千个纳米级干涉仪 - 每侧都有凹槽的微小狭缝。 凹槽宽度为200纳米，狭缝宽度为100纳米 - 比人类头发薄1,000倍。 当光照射在芯片上时，凹槽会在银中产生一股自由电子 - 表面等离子体激元 - 向狭缝传播。 那些波干扰穿过狭缝的光。 然后，灵敏探测器测量凹槽和狭缝产生的干涉图案。
当液体沉积在芯片上时，光和表面等离子体激元波在它们相互干扰之前传播通过该液体。 这会改变探测器拾取的干涉图案，具体取决于液体的化学成分。 通过调整凹槽和中心狭缝之间的距离，可以校准干涉仪以检测特定化合物或分子的特征，在极小的样本体积中具有高灵敏度。 在2012发表的一篇论文中，布朗团队表明生物芯片上的干涉仪可用于检测水中的葡萄糖。 然而，选择性地检测复杂溶液如人唾液中的葡萄糖是另一回事。

“唾液含水量约为99％，但是1百分比不是水，而是出现问题，”Pacifici说。 “有些酶，盐和其他成分可能会影响传感器的响应。 通过本文，我们解决了传感方案的特殊性问题。“
他们通过使用染料化学来创建葡萄糖的可跟踪标记。 研究人员在芯片上添加了微流体通道，引入了两种以非常特殊的方式与葡萄糖反应的酶。 第一种酶葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应形成过氧化氢分子。 然后该分子与第二种酶辣根过氧化物酶反应，产生称为试卤灵的分子，其可以吸收和发射红光，从而使溶液着色。 然后研究人员可以调整干涉仪以寻找红色的试卤素分子。
“反应以一对一的方式发生：葡萄糖分子产生一分子的试卤灵，”Pacifici说。 “因此，我们可以计算溶液中的试卤灵分子的数量，并推断最初存在于溶液中的葡萄糖分子的数量。”
该团队通过在人工唾液中寻找葡萄糖来测试其染料化学和等离子体干涉测量的组合，人造唾液是水，盐和酶的混合物，类似于真正的人类唾液。 他们发现他们能够以极高的准确性和特异性实时检测试卤灵。 他们能够检测到每升0.1微摩尔葡萄糖浓度的变化 - 10乘以单独的干涉仪可以达到的灵敏度。
Pacifici说，这项工作的下一步是开始在真正的人类唾液中测试该方法。 最终，研究人员希望他们能够开发出一种小型，独立的设备，可以让糖尿病患者以无创的方式监测他们的血糖水平。
还有其他潜在的应用。
“我们现在正在校准这种胰岛素装置，”Pacifici说，“但原则上我们可以正确地修改这种'等离子体比色皿'传感器，以检测任何感兴趣的分子。”
Pacifici说，它可用于检测空气或水中的毒素，或用于实验室监测化学反应，因为它们实时发生在传感器表面。

等离子体干涉仪可以检测水中的葡萄糖分子。 检测复杂流体中的葡萄糖更具挑战性。 控制沟槽之间的距离和在葡萄糖分子上使用染料化学，研究人员可以测量葡萄糖水平，尽管1百分比的唾液不是水。

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图片来源：图片由布朗大学提供