Torsdag 5. juni 2014.- Forskere ved Brown University i Rhode Island, USA, har utviklet en ny biochip-sensor som selektivt kan måle glukosekonsentrasjoner i en kompleks løsning som ligner på menneskelig spytt. Gjennombruddet, publisert i 'Nanophotonics', er betydelig fordi det kan muliggjøre design av en enhet som gjør at personer med diabetes kan måle glukosenivået uten å trekke blodet.
Den nye brikken bruker en serie spesifikke kjemiske reaksjoner sammen med plasmonisk interferometri, et middel til å oppdage den kjemiske signaturen til forbindelsene ved bruk av lys. Enheten er følsom nok til å oppdage forskjeller i glukosekonsentrasjoner som tilsvarer noen få tusen molekyler i det utvalgte volumet.
"Vi har vist følsomheten som trengs for å måle typiske konsentrasjoner av glukose i spytt, som vanligvis er hundre ganger lavere enn i blod, " forklarer forskningssjef, Domenico Pacifici, en adjunkt i ingeniørfag ved Brown University. "Nå klarer vi å gjøre det med en veldig høy spesifisitet, noe som betyr at vi kan skille glukose fra bakgrunnskomponentene i spytt, " legger han til.
Biochipen består av et stykke av en kvadrat tomme kvarts belagt med et tynt lag sølv. Inngravert i nanoskala sølv er tusenvis av interferometre, bittesmå spalter med en spalte på hver side 200 nanometer bred. Spalten er 100 nanometer bred, omtrent 1000 ganger tynnere enn et menneskehår.
Når lyset skinner på brikken, forårsaker sporene en bølge av frie elektroner i sølv, en overflate plasmon polariton, som sprer seg i sporet. Disse bølgene forstyrrer lyset som passerer gjennom sporet, og de følsomme detektorene måler interferensmønstrene generert av sporene og sporene.
På denne måten, når en væske blir avsatt på brikken, sprer lys og overflate plasmonbølger gjennom væsken som forstyrrer hverandre, og endrer interferensmønsteret som samles opp av detektorene, avhengig av den kjemiske sammensetningen av I væske.
Ved å justere avstanden mellom sporene og midten av spalten, kan interferometre kalibreres for å oppdage signaturene til spesifikke forbindelser eller molekyler, med høy følsomhet i ekstremt små prøvemengder.
Allerede i en artikkel publisert i 2012 viste Browns team at interferometre i en biochip kunne oppdage glukose i vann. Imidlertid var den selektive deteksjonen av glukose i en kompleks løsning som menneskelig spytt et annet problem.
"Spytt er omtrent 99 prosent vann, slik at 1 prosent er den som gir problemene, " sier Pacifici. "Det er enzymer, salter og andre komponenter som kan påvirke sensorens respons. Med dette arbeidet, har vi løst problemet med spesifisiteten til deteksjonsskjemaet vårt ". Disse ekspertene gjorde det ved å bruke fargestoffkjemi for å lage en sporbar markør for glukose.
Forskerne la mikrofluidkanaler til brikken for å introdusere to enzymer som reagerer med glukose på en veldig spesifikk måte. Det første enzymet, glukoseoksidase, reagerer med glukose for å danne et molekyl med hydrogenperoksyd som reagerer med det andre enzymet, pepperrotperoksidase, for å generere et molekyl kalt resorufin, som kan absorbere og avgi rødt lys, og fargeløsne løsningen.
Da klarte forskerne å stille inn interferometre for å lete etter de røde resorufinmolekylene. "Reaksjonen skjer på en en-til-en måte: et glukosemolekyl genererer et resorufinmolekyl - sier Pacifici -. Så vi kan telle antall resorufinmolekyler i løsningen og utlede antallet glukosemolekyler som var opprinnelig til stede i løsningen. "
Teamet testet sin kombinasjon av fargestoffkjemi og plasmonisk interferometri ved å søke etter glukose i kunstig spytt, en blanding av vann, salter og enzymer som ligner ekte menneske. Dermed fant de ut at de kunne oppdage resorufin i sanntid med stor presisjon og spesifisitet og klarte å oppdage endringer i konsentrasjonen av glukose på 0, 1 mikromol per liter, ti ganger følsomheten som kan oppnås ved interferometre.
Det neste trinnet i arbeidet, ifølge Pacifici, er å begynne å teste metoden i ekte menneskelig spytt. Til syvende og sist håper forskere å utvikle en liten, autonom enhet som kan gi diabetikere en ikke-invasiv måte å overvåke glukosenivået på. "Vi kalibrerer nå denne enheten for insulin, " rapporterer Pacifici Said, som legger til at den også kan brukes til å oppdage giftstoffer i luften eller vannet eller i laboratoriet for å kontrollere kjemiske reaksjoner som oppstår i sensorens område i tide. real.
Kilde:
Tags:
Annerledes Cut-And-Barn Helse
Den nye brikken bruker en serie spesifikke kjemiske reaksjoner sammen med plasmonisk interferometri, et middel til å oppdage den kjemiske signaturen til forbindelsene ved bruk av lys. Enheten er følsom nok til å oppdage forskjeller i glukosekonsentrasjoner som tilsvarer noen få tusen molekyler i det utvalgte volumet.
"Vi har vist følsomheten som trengs for å måle typiske konsentrasjoner av glukose i spytt, som vanligvis er hundre ganger lavere enn i blod, " forklarer forskningssjef, Domenico Pacifici, en adjunkt i ingeniørfag ved Brown University. "Nå klarer vi å gjøre det med en veldig høy spesifisitet, noe som betyr at vi kan skille glukose fra bakgrunnskomponentene i spytt, " legger han til.
Biochipen består av et stykke av en kvadrat tomme kvarts belagt med et tynt lag sølv. Inngravert i nanoskala sølv er tusenvis av interferometre, bittesmå spalter med en spalte på hver side 200 nanometer bred. Spalten er 100 nanometer bred, omtrent 1000 ganger tynnere enn et menneskehår.
Når lyset skinner på brikken, forårsaker sporene en bølge av frie elektroner i sølv, en overflate plasmon polariton, som sprer seg i sporet. Disse bølgene forstyrrer lyset som passerer gjennom sporet, og de følsomme detektorene måler interferensmønstrene generert av sporene og sporene.
På denne måten, når en væske blir avsatt på brikken, sprer lys og overflate plasmonbølger gjennom væsken som forstyrrer hverandre, og endrer interferensmønsteret som samles opp av detektorene, avhengig av den kjemiske sammensetningen av I væske.
Ved å justere avstanden mellom sporene og midten av spalten, kan interferometre kalibreres for å oppdage signaturene til spesifikke forbindelser eller molekyler, med høy følsomhet i ekstremt små prøvemengder.
Allerede i en artikkel publisert i 2012 viste Browns team at interferometre i en biochip kunne oppdage glukose i vann. Imidlertid var den selektive deteksjonen av glukose i en kompleks løsning som menneskelig spytt et annet problem.
"Spytt er omtrent 99 prosent vann, slik at 1 prosent er den som gir problemene, " sier Pacifici. "Det er enzymer, salter og andre komponenter som kan påvirke sensorens respons. Med dette arbeidet, har vi løst problemet med spesifisiteten til deteksjonsskjemaet vårt ". Disse ekspertene gjorde det ved å bruke fargestoffkjemi for å lage en sporbar markør for glukose.
Forskerne la mikrofluidkanaler til brikken for å introdusere to enzymer som reagerer med glukose på en veldig spesifikk måte. Det første enzymet, glukoseoksidase, reagerer med glukose for å danne et molekyl med hydrogenperoksyd som reagerer med det andre enzymet, pepperrotperoksidase, for å generere et molekyl kalt resorufin, som kan absorbere og avgi rødt lys, og fargeløsne løsningen.
Da klarte forskerne å stille inn interferometre for å lete etter de røde resorufinmolekylene. "Reaksjonen skjer på en en-til-en måte: et glukosemolekyl genererer et resorufinmolekyl - sier Pacifici -. Så vi kan telle antall resorufinmolekyler i løsningen og utlede antallet glukosemolekyler som var opprinnelig til stede i løsningen. "
Teamet testet sin kombinasjon av fargestoffkjemi og plasmonisk interferometri ved å søke etter glukose i kunstig spytt, en blanding av vann, salter og enzymer som ligner ekte menneske. Dermed fant de ut at de kunne oppdage resorufin i sanntid med stor presisjon og spesifisitet og klarte å oppdage endringer i konsentrasjonen av glukose på 0, 1 mikromol per liter, ti ganger følsomheten som kan oppnås ved interferometre.
Det neste trinnet i arbeidet, ifølge Pacifici, er å begynne å teste metoden i ekte menneskelig spytt. Til syvende og sist håper forskere å utvikle en liten, autonom enhet som kan gi diabetikere en ikke-invasiv måte å overvåke glukosenivået på. "Vi kalibrerer nå denne enheten for insulin, " rapporterer Pacifici Said, som legger til at den også kan brukes til å oppdage giftstoffer i luften eller vannet eller i laboratoriet for å kontrollere kjemiske reaksjoner som oppstår i sensorens område i tide. real.
Kilde:
---normy-i-interpretacja.jpg)
