Čtvrtek, 5. června 2014. - Vědci na Brown University na ostrově Rhode Island ve Spojených státech vyvinuli nový biočipový senzor, který dokáže selektivně měřit koncentrace glukózy v komplexním roztoku podobném lidským slinám. Průlom, publikovaný v „Nanophotonics“, je významný, protože by mohl umožnit konstrukci zařízení, které umožní lidem s diabetem měřit hladiny glukózy bez odebírání jejich krve.
Nový čip využívá řadu specifických chemických reakcí spolu s plasmonovou interferometrií, což je prostředek k detekci chemického podpisu sloučenin pomocí světla. Zařízení je dostatečně citlivé k detekci rozdílů v koncentracích glukózy ekvivalentních několika tisícům molekul ve vzorku.
„Ukázali jsme citlivost potřebnou k měření typických koncentrací glukózy ve slinách, které jsou obvykle stokrát nižší než v krvi, “ vysvětluje ředitel výzkumu Domenico Pacifici, odborný asistent inženýrství na Brown University. „Nyní to dokážeme s velmi vysokou specifičností, což znamená, že můžeme odlišit glukózu od složek slin v pozadí, “ dodává.
Biočip se skládá z kousku křemene o čtvercové palce potaženého tenkou vrstvou stříbra. Ryté stříbro v nanoměřítku jsou tisíce interferometrů, malé štěrbiny se štěrbinou na každé straně široké 200 nanometrů. Štěrbina je široká 100 nanometrů, asi 1000krát tenčí než lidské vlasy.
Když světlo na čipu svítí, štěrbiny způsobují vlnu volných elektronů ve stříbře, povrchový plazmonový polariton, který se šíří do štěrbiny. Tyto vlny interferují se světlem procházejícím drážkou a citlivé detektory měří interferenční vzorce generované drážkami a drážkami.
Tímto způsobem, když je na čip nanesena kapalina, se světelné a povrchové plazmonové vlny šíří skrz kapalinu, která se vzájemně ovlivňují, měnící se interferenční vzorce shromážděné detektory, v závislosti na chemickém složení kapalina
Úpravou vzdálenosti mezi drážkami a středem drážky mohou být interferometry měřeny pro detekci signatur specifických sloučenin nebo molekul, s vysokou citlivostí v extrémně malých objemech vzorku.
Již v článku publikovaném v roce 2012 Brownův tým ukázal, že interferometry v biočipu mohou detekovat glukózu ve vodě. Selektivní detekce glukózy v komplexním roztoku, jako jsou lidské sliny, však byla dalším problémem.
„Siva je asi 99% vody, takže 1% představuje problém, “ říká Pacifici. „Existují enzymy, soli a další složky, které mohou ovlivnit reakci senzoru., vyřešili jsme problém specifičnosti našeho detekčního systému ". Tito odborníci to pomocí barvivové chemie vytvořili sledovatelným markerem pro glukózu.
Vědci přidali do čipu mikrofluidní kanály, aby zavedli dva enzymy, které reagují s glukózou velmi specifickým způsobem. První enzym, glukózoxidáza, reaguje s glukózou za vzniku molekuly peroxidu vodíku, který reaguje s druhým enzymem, křenovou peroxidázou, za vzniku molekuly zvané resorufin, která absorbuje a emituje červené světlo, čímž zbarví roztok.
Vědci pak dokázali vyladit interferometry, aby hledali červené molekuly resorufinu. "Reakce probíhá individuálním způsobem: glukózová molekula vytváří resorufinovou molekulu - Pacifici říká -. Takže můžeme spočítat počet resorufinových molekul v roztoku a odvodit počet glukózových molekul, které byly původně přítomny v řešení. “
Tým testoval jejich kombinaci chemie barviv a plasmonové interferometrie hledáním glukózy v umělých slinách, směsi vody, solí a enzymů, které se podobají skutečné lidské. Zjistili tedy, že dokázali detekovat resorufin v reálném čase s velkou přesností a specificitou a dokázali detekovat změny koncentrace glukózy 0, 1 mikromolu na litr, což je desetinásobek citlivosti, kterou lze dosáhnout interferometry.
Dalším krokem v práci je podle Pacifici zahájení testování metody ve skutečných lidských slinách. Vědci nakonec doufají, že vyvinou malé, autonomní zařízení, které by diabetikům mohlo poskytnout neinvazivní způsob sledování hladiny glukózy. "Nyní kalibrujeme toto zařízení na inzulín, " uvádí Pacifici Said, který dodává, že by mohl být také použit k detekci toxinů ve vzduchu nebo vodě nebo v laboratoři pro kontrolu chemických reakcí, které se vyskytují v oblasti senzoru včas. skutečný.
Zdroj:
Tagy:
Sex Glosář Cut-And-Dítě
Nový čip využívá řadu specifických chemických reakcí spolu s plasmonovou interferometrií, což je prostředek k detekci chemického podpisu sloučenin pomocí světla. Zařízení je dostatečně citlivé k detekci rozdílů v koncentracích glukózy ekvivalentních několika tisícům molekul ve vzorku.
„Ukázali jsme citlivost potřebnou k měření typických koncentrací glukózy ve slinách, které jsou obvykle stokrát nižší než v krvi, “ vysvětluje ředitel výzkumu Domenico Pacifici, odborný asistent inženýrství na Brown University. „Nyní to dokážeme s velmi vysokou specifičností, což znamená, že můžeme odlišit glukózu od složek slin v pozadí, “ dodává.
Biočip se skládá z kousku křemene o čtvercové palce potaženého tenkou vrstvou stříbra. Ryté stříbro v nanoměřítku jsou tisíce interferometrů, malé štěrbiny se štěrbinou na každé straně široké 200 nanometrů. Štěrbina je široká 100 nanometrů, asi 1000krát tenčí než lidské vlasy.
Když světlo na čipu svítí, štěrbiny způsobují vlnu volných elektronů ve stříbře, povrchový plazmonový polariton, který se šíří do štěrbiny. Tyto vlny interferují se světlem procházejícím drážkou a citlivé detektory měří interferenční vzorce generované drážkami a drážkami.
Tímto způsobem, když je na čip nanesena kapalina, se světelné a povrchové plazmonové vlny šíří skrz kapalinu, která se vzájemně ovlivňují, měnící se interferenční vzorce shromážděné detektory, v závislosti na chemickém složení kapalina
Úpravou vzdálenosti mezi drážkami a středem drážky mohou být interferometry měřeny pro detekci signatur specifických sloučenin nebo molekul, s vysokou citlivostí v extrémně malých objemech vzorku.
Již v článku publikovaném v roce 2012 Brownův tým ukázal, že interferometry v biočipu mohou detekovat glukózu ve vodě. Selektivní detekce glukózy v komplexním roztoku, jako jsou lidské sliny, však byla dalším problémem.
„Siva je asi 99% vody, takže 1% představuje problém, “ říká Pacifici. „Existují enzymy, soli a další složky, které mohou ovlivnit reakci senzoru., vyřešili jsme problém specifičnosti našeho detekčního systému ". Tito odborníci to pomocí barvivové chemie vytvořili sledovatelným markerem pro glukózu.
Vědci přidali do čipu mikrofluidní kanály, aby zavedli dva enzymy, které reagují s glukózou velmi specifickým způsobem. První enzym, glukózoxidáza, reaguje s glukózou za vzniku molekuly peroxidu vodíku, který reaguje s druhým enzymem, křenovou peroxidázou, za vzniku molekuly zvané resorufin, která absorbuje a emituje červené světlo, čímž zbarví roztok.
Vědci pak dokázali vyladit interferometry, aby hledali červené molekuly resorufinu. "Reakce probíhá individuálním způsobem: glukózová molekula vytváří resorufinovou molekulu - Pacifici říká -. Takže můžeme spočítat počet resorufinových molekul v roztoku a odvodit počet glukózových molekul, které byly původně přítomny v řešení. “
Tým testoval jejich kombinaci chemie barviv a plasmonové interferometrie hledáním glukózy v umělých slinách, směsi vody, solí a enzymů, které se podobají skutečné lidské. Zjistili tedy, že dokázali detekovat resorufin v reálném čase s velkou přesností a specificitou a dokázali detekovat změny koncentrace glukózy 0, 1 mikromolu na litr, což je desetinásobek citlivosti, kterou lze dosáhnout interferometry.
Dalším krokem v práci je podle Pacifici zahájení testování metody ve skutečných lidských slinách. Vědci nakonec doufají, že vyvinou malé, autonomní zařízení, které by diabetikům mohlo poskytnout neinvazivní způsob sledování hladiny glukózy. "Nyní kalibrujeme toto zařízení na inzulín, " uvádí Pacifici Said, který dodává, že by mohl být také použit k detekci toxinů ve vzduchu nebo vodě nebo v laboratoři pro kontrolu chemických reakcí, které se vyskytují v oblasti senzoru včas. skutečný.
Zdroj:
