Torsdag 5. juni 2014.- Forskere ved Brown University i Rhode Island, USA, har udviklet en ny biochip-sensor, som selektivt kan måle glukosekoncentrationer i en kompleks opløsning, der ligner menneskelig spyt. Gennembrudet, der er offentliggjort i 'Nanophotonics', er vigtigt, fordi det kunne muliggøre design af en enhed, der giver mennesker med diabetes mulighed for at måle glukoseniveauet uden at trække deres blod.
Den nye chip anvender en række specifikke kemiske reaktioner sammen med plasmonisk interferometri, et middel til at detektere den kemiske signatur af forbindelserne ved hjælp af lys. Enheden er følsom nok til at detektere forskelle i glukosekoncentrationer svarende til et par tusinde molekyler i det samplede volumen.
"Vi har vist den følsomhed, der er nødvendig for at måle typiske koncentrationer af glukose i spyt, som normalt er hundrede gange lavere end i blod, " forklarer forskningsdirektøren, Domenico Pacifici, en lektor i teknik ved Brown University. "Nu er vi i stand til at gøre det med en meget høj specificitet, hvilket betyder, at vi kan differentiere glukose fra baggrundskomponenterne i spyt, " tilføjer han.
Biochip består af et stykke af en kvadrat tomme kvarts belagt med et tyndt lag sølv. Indgraveret i nanoskala sølv er tusinder af interferometre, små spalter med en åbning på hver side 200 nanometer bred. Spalten er 100 nanometer bred, ca. 1.000 gange tyndere end et menneskehår.
Når lyset skinner på chippen, forårsager åbningerne en bølge af frie elektroner i sølv, en overflade plasmon polariton, der spreder sig ind i spalten. Disse bølger interfererer med lyset, der passerer gennem rillen, og de følsomme detektorer måler interferensmønstrene genereret af rillerne og rillerne.
På denne måde, når en væske afsættes på chippen, spreder lys- og overfladeplasmonbølger sig gennem væsken, der interfererer med hinanden, hvilket ændrer interferensmønstrene opsamlet af detektorerne, afhængigt af den kemiske sammensætning af I væske.
Ved at justere afstanden mellem rillerne og midten af spalten kan interferometre kalibreres for at detektere underskrifterne af specifikke forbindelser eller molekyler med høj følsomhed i ekstremt små prøvevolumener.
Allerede i en artikel offentliggjort i 2012 viste Browns team, at interferometre i en biochip kunne registrere glukose i vand. Selektiv påvisning af glukose i en kompleks opløsning, såsom human spyt, var imidlertid et andet problem.
"Spyt er omkring 99 procent vand, så 1 procent er det, der giver problemerne, " siger Pacifici. "Der er enzymer, salte og andre komponenter, der kan påvirke sensorens respons. Med dette arbejde, har vi løst problemet med specificiteten af vores detektionsplan ". Disse eksperter gjorde det ved hjælp af farvestofkemi for at skabe en sporbar markør for glukose.
Forskerne tilføjede mikrofluidiske kanaler til chippen for at introducere to enzymer, der reagerer med glukose på en meget specifik måde. Det første enzym, glucoseoxidase, reagerer med glukose og danner et molekyle brintperoxid, der reagerer med det andet enzym, peberrodperoxidase, for at generere et molekyle kaldet resorufin, som kan absorbere og udsende rødt lys ved at farve opløsningen.
Derefter var forskerne i stand til at indstille interferometre til at se efter de røde resorufinmolekyler. "Reaktionen finder sted på en en-til-en måde: et glukosemolekyle genererer et resorufinmolekyle - siger Pacifici. Så vi kan tælle antallet af resorufinmolekyler i opløsningen og antage antallet af glukosemolekyler, som var oprindeligt til stede i løsningen. "
Holdet testede deres kombination af farvestofkemi og plasmonisk interferometri ved at søge efter glukose i kunstigt spyt, en blanding af vand, salte og enzymer, der ligner rigtigt menneske. Således fandt de, at de kunne påvise resorufin i realtid med stor præcision og specificitet og formåede at detektere ændringer i koncentrationen af glukose på 0, 1 mikromol pr. Liter, ti gange den følsomhed, der kan opnås ved interferometre.
Det næste trin i arbejdet er ifølge Pacifici at begynde at teste metoden i ægte menneskelig spyt. I sidste ende håber forskere at udvikle en lille, autonom enhed, der kan give diabetikere en ikke-invasiv måde at overvåge deres glukoseniveauer. "Vi kalibrerer nu denne enhed til insulin, " rapporterer Pacifici Said, der tilføjer, at den også kunne bruges til at opdage giftstoffer i luften eller vandet eller i laboratoriet til at kontrollere kemiske reaktioner, der forekommer i sensorområdet i tide. real.
Kilde:
Tags:
Kost-Og-Ernæring Sundhed Ernæring
Den nye chip anvender en række specifikke kemiske reaktioner sammen med plasmonisk interferometri, et middel til at detektere den kemiske signatur af forbindelserne ved hjælp af lys. Enheden er følsom nok til at detektere forskelle i glukosekoncentrationer svarende til et par tusinde molekyler i det samplede volumen.
"Vi har vist den følsomhed, der er nødvendig for at måle typiske koncentrationer af glukose i spyt, som normalt er hundrede gange lavere end i blod, " forklarer forskningsdirektøren, Domenico Pacifici, en lektor i teknik ved Brown University. "Nu er vi i stand til at gøre det med en meget høj specificitet, hvilket betyder, at vi kan differentiere glukose fra baggrundskomponenterne i spyt, " tilføjer han.
Biochip består af et stykke af en kvadrat tomme kvarts belagt med et tyndt lag sølv. Indgraveret i nanoskala sølv er tusinder af interferometre, små spalter med en åbning på hver side 200 nanometer bred. Spalten er 100 nanometer bred, ca. 1.000 gange tyndere end et menneskehår.
Når lyset skinner på chippen, forårsager åbningerne en bølge af frie elektroner i sølv, en overflade plasmon polariton, der spreder sig ind i spalten. Disse bølger interfererer med lyset, der passerer gennem rillen, og de følsomme detektorer måler interferensmønstrene genereret af rillerne og rillerne.
På denne måde, når en væske afsættes på chippen, spreder lys- og overfladeplasmonbølger sig gennem væsken, der interfererer med hinanden, hvilket ændrer interferensmønstrene opsamlet af detektorerne, afhængigt af den kemiske sammensætning af I væske.
Ved at justere afstanden mellem rillerne og midten af spalten kan interferometre kalibreres for at detektere underskrifterne af specifikke forbindelser eller molekyler med høj følsomhed i ekstremt små prøvevolumener.
Allerede i en artikel offentliggjort i 2012 viste Browns team, at interferometre i en biochip kunne registrere glukose i vand. Selektiv påvisning af glukose i en kompleks opløsning, såsom human spyt, var imidlertid et andet problem.
"Spyt er omkring 99 procent vand, så 1 procent er det, der giver problemerne, " siger Pacifici. "Der er enzymer, salte og andre komponenter, der kan påvirke sensorens respons. Med dette arbejde, har vi løst problemet med specificiteten af vores detektionsplan ". Disse eksperter gjorde det ved hjælp af farvestofkemi for at skabe en sporbar markør for glukose.
Forskerne tilføjede mikrofluidiske kanaler til chippen for at introducere to enzymer, der reagerer med glukose på en meget specifik måde. Det første enzym, glucoseoxidase, reagerer med glukose og danner et molekyle brintperoxid, der reagerer med det andet enzym, peberrodperoxidase, for at generere et molekyle kaldet resorufin, som kan absorbere og udsende rødt lys ved at farve opløsningen.
Derefter var forskerne i stand til at indstille interferometre til at se efter de røde resorufinmolekyler. "Reaktionen finder sted på en en-til-en måde: et glukosemolekyle genererer et resorufinmolekyle - siger Pacifici. Så vi kan tælle antallet af resorufinmolekyler i opløsningen og antage antallet af glukosemolekyler, som var oprindeligt til stede i løsningen. "
Holdet testede deres kombination af farvestofkemi og plasmonisk interferometri ved at søge efter glukose i kunstigt spyt, en blanding af vand, salte og enzymer, der ligner rigtigt menneske. Således fandt de, at de kunne påvise resorufin i realtid med stor præcision og specificitet og formåede at detektere ændringer i koncentrationen af glukose på 0, 1 mikromol pr. Liter, ti gange den følsomhed, der kan opnås ved interferometre.
Det næste trin i arbejdet er ifølge Pacifici at begynde at teste metoden i ægte menneskelig spyt. I sidste ende håber forskere at udvikle en lille, autonom enhed, der kan give diabetikere en ikke-invasiv måde at overvåge deres glukoseniveauer. "Vi kalibrerer nu denne enhed til insulin, " rapporterer Pacifici Said, der tilføjer, at den også kunne bruges til at opdage giftstoffer i luften eller vandet eller i laboratoriet til at kontrollere kemiske reaktioner, der forekommer i sensorområdet i tide. real.
Kilde:
