Torsdagen den 5 juni 2014.- Forskare vid Brown University i Rhode Island, USA, har utvecklat en ny biochip-sensor som selektivt kan mäta glukoskoncentrationer i en komplex lösning som liknar mänsklig saliv. Genombrottet, publicerat i 'Nanophotonics', är viktigt eftersom det kan göra det möjligt att utforma en enhet som gör att personer med diabetes kan mäta glukosnivåer utan att dra blod.
Det nya chipet använder sig av en serie specifika kemiska reaktioner tillsammans med plasmonisk interferometri, ett sätt att detektera den kemiska signaturen för föreningarna med ljus. Enheten är tillräckligt känslig för att upptäcka skillnader i glukoskoncentrationer motsvarande några tusen molekyler i den provade volymen.
"Vi har visat den känslighet som krävs för att mäta typiska koncentrationer av glukos i saliv, som vanligtvis är hundra gånger lägre än i blod, " förklarar forskningsdirektören, Domenico Pacifici, biträdande professor i teknik vid Brown University. "Nu kan vi göra det med en mycket hög specificitet, vilket innebär att vi kan skilja glukos från salivens bakgrundskomponenter, " tillägger han.
Biochipet består av en bit av en kvadrat tum kvarts belagd med ett tunt lager av silver. Graverade i nanoskala silver är tusentals interferometrar, små spalter med en lucka på varje sida 200 nanometer bred. Slitsen är 100 nanometer bred, cirka 1 000 gånger tunnare än människohår.
När ljuset lyser på chipet orsakar spåren en våg av fria elektroner i silver, en yta plasmon polariton, som sprider sig in i spåret. Dessa vågor stör det ljus som passerar genom spåret och de känsliga detektorerna mäter interferensmönstren som genereras av spåren och spåren.
På detta sätt, när en vätska avsätts på chipet, sprids ljus- och ytplasmonvågor genom vätskan som stör varandra och förändrar interferensmönstren uppsamlade av detektorerna, beroende på den kemiska sammansättningen av jag vätska.
Genom att justera avståndet mellan spåren och slitsens centrum kan interferometrar kalibreras för att detektera signaturerna av specifika föreningar eller molekyler, med hög känslighet i extremt små provvolymer.
Redan i en artikel publicerad 2012 visade Browns team att interferometrar i ett biochip kunde upptäcka glukos i vatten. Emellertid var den selektiva detektionen av glukos i en komplex lösning, såsom mänsklig saliv, en annan fråga.
"Saliv är cirka 99 procent vatten, så att 1 procent är den som ger problemen", säger Pacifici. "Det finns enzymer, salter och andra komponenter som kan påverka sensorns svar. Med detta arbete, vi har löst problemet med specificiteten av vårt detekteringsschema ". Dessa experter gjorde det med färgämneskemi för att skapa en spårbar markör för glukos.
Forskarna lade till mikrofluidiska kanaler till chipet för att introducera två enzymer som reagerar med glukos på ett mycket specifikt sätt. Det första enzymet, glukosoxidas, reagerar med glukos och bildar en molekyl väteperoxid som reagerar med det andra enzymet, pepparrotsperoxidas, för att generera en molekyl som kallas resorufin, som kan absorbera och avge rött ljus och färga lösningen.
Sedan kunde forskarna ställa in interferometrarna för att leta efter de röda resorufinmolekylerna. "Reaktionen inträffar på ett-till-ett sätt: en glukosmolekyl genererar en resorufinmolekyl - säger Pacifici -. Så vi kan räkna antalet resorufinmolekyler i lösningen och sluta antalet glukosmolekyler som var ursprungligen närvarande i lösningen. "
Teamet testade sin kombination av färgämneskemi och plasmonisk interferometri genom att söka efter glukos i konstgjord saliv, en blandning av vatten, salter och enzymer som liknar verklig människa. Således fann de att de kunde upptäcka resorufin i realtid med stor precision och specificitet och lyckades upptäcka förändringar i glukoskoncentrationen på 0, 1 mikromol per liter, tio gånger den känslighet som kan uppnås med interferometrar.
Nästa steg i arbetet, enligt Pacifici, är att börja testa metoden i verklig mänsklig saliv. I slutändan hoppas forskare att utveckla en liten, autonom enhet som kan ge diabetiker ett icke-invasivt sätt att övervaka deras glukosnivåer. "Vi kalibrerar nu den här enheten för insulin, " rapporterar Pacifici Said, som tillägger att den också kan användas för att upptäcka gifter i luften eller vattnet eller i laboratoriet för att kontrollera kemiska reaktioner som inträffar i sensorns område i tid. verklig.
Källa:
Taggar:
Mediciner Skönhet Regeneration
Det nya chipet använder sig av en serie specifika kemiska reaktioner tillsammans med plasmonisk interferometri, ett sätt att detektera den kemiska signaturen för föreningarna med ljus. Enheten är tillräckligt känslig för att upptäcka skillnader i glukoskoncentrationer motsvarande några tusen molekyler i den provade volymen.
"Vi har visat den känslighet som krävs för att mäta typiska koncentrationer av glukos i saliv, som vanligtvis är hundra gånger lägre än i blod, " förklarar forskningsdirektören, Domenico Pacifici, biträdande professor i teknik vid Brown University. "Nu kan vi göra det med en mycket hög specificitet, vilket innebär att vi kan skilja glukos från salivens bakgrundskomponenter, " tillägger han.
Biochipet består av en bit av en kvadrat tum kvarts belagd med ett tunt lager av silver. Graverade i nanoskala silver är tusentals interferometrar, små spalter med en lucka på varje sida 200 nanometer bred. Slitsen är 100 nanometer bred, cirka 1 000 gånger tunnare än människohår.
När ljuset lyser på chipet orsakar spåren en våg av fria elektroner i silver, en yta plasmon polariton, som sprider sig in i spåret. Dessa vågor stör det ljus som passerar genom spåret och de känsliga detektorerna mäter interferensmönstren som genereras av spåren och spåren.
På detta sätt, när en vätska avsätts på chipet, sprids ljus- och ytplasmonvågor genom vätskan som stör varandra och förändrar interferensmönstren uppsamlade av detektorerna, beroende på den kemiska sammansättningen av jag vätska.
Genom att justera avståndet mellan spåren och slitsens centrum kan interferometrar kalibreras för att detektera signaturerna av specifika föreningar eller molekyler, med hög känslighet i extremt små provvolymer.
Redan i en artikel publicerad 2012 visade Browns team att interferometrar i ett biochip kunde upptäcka glukos i vatten. Emellertid var den selektiva detektionen av glukos i en komplex lösning, såsom mänsklig saliv, en annan fråga.
"Saliv är cirka 99 procent vatten, så att 1 procent är den som ger problemen", säger Pacifici. "Det finns enzymer, salter och andra komponenter som kan påverka sensorns svar. Med detta arbete, vi har löst problemet med specificiteten av vårt detekteringsschema ". Dessa experter gjorde det med färgämneskemi för att skapa en spårbar markör för glukos.
Forskarna lade till mikrofluidiska kanaler till chipet för att introducera två enzymer som reagerar med glukos på ett mycket specifikt sätt. Det första enzymet, glukosoxidas, reagerar med glukos och bildar en molekyl väteperoxid som reagerar med det andra enzymet, pepparrotsperoxidas, för att generera en molekyl som kallas resorufin, som kan absorbera och avge rött ljus och färga lösningen.
Sedan kunde forskarna ställa in interferometrarna för att leta efter de röda resorufinmolekylerna. "Reaktionen inträffar på ett-till-ett sätt: en glukosmolekyl genererar en resorufinmolekyl - säger Pacifici -. Så vi kan räkna antalet resorufinmolekyler i lösningen och sluta antalet glukosmolekyler som var ursprungligen närvarande i lösningen. "
Teamet testade sin kombination av färgämneskemi och plasmonisk interferometri genom att söka efter glukos i konstgjord saliv, en blandning av vatten, salter och enzymer som liknar verklig människa. Således fann de att de kunde upptäcka resorufin i realtid med stor precision och specificitet och lyckades upptäcka förändringar i glukoskoncentrationen på 0, 1 mikromol per liter, tio gånger den känslighet som kan uppnås med interferometrar.
Nästa steg i arbetet, enligt Pacifici, är att börja testa metoden i verklig mänsklig saliv. I slutändan hoppas forskare att utveckla en liten, autonom enhet som kan ge diabetiker ett icke-invasivt sätt att övervaka deras glukosnivåer. "Vi kalibrerar nu den här enheten för insulin, " rapporterar Pacifici Said, som tillägger att den också kan användas för att upptäcka gifter i luften eller vattnet eller i laboratoriet för att kontrollera kemiska reaktioner som inträffar i sensorns område i tid. verklig.
Källa:
