Πέμπτη, 5 Ιουνίου 2014. - Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Brown της Ρόουντ Άιλαντ, Ηνωμένες Πολιτείες, έχουν αναπτύξει έναν νέο αισθητήρα βιοκαυσίμων που μπορεί να μετρήσει επιλεκτικά τις συγκεντρώσεις γλυκόζης σε μια πολύπλοκη λύση παρόμοια με αυτή του ανθρώπινου σάλιου. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο «Νανοφωτονικό», είναι σημαντική επειδή θα μπορούσε να επιτρέψει τον σχεδιασμό μιας συσκευής που επιτρέπει σε άτομα με διαβήτη να μετρήσουν επίπεδα γλυκόζης χωρίς να τραβήξουν το αίμα τους.
Το νέο τσιπ κάνει χρήση μιας σειράς συγκεκριμένων χημικών αντιδράσεων μαζί με πλασμονική συμβολομετρία, ένα μέσο ανίχνευσης της χημικής υπογραφής των ενώσεων χρησιμοποιώντας φως. Η συσκευή είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να ανιχνεύει διαφορές στις συγκεντρώσεις γλυκόζης ισοδύναμες με λίγες χιλιάδες μόρια στον όγκο του δείγματος.
«Έχουμε αποδείξει την ευαισθησία που απαιτείται για τη μέτρηση των τυπικών συγκεντρώσεων γλυκόζης στο σάλιο, οι οποίες είναι συνήθως εκατό φορές χαμηλότερες από ό, τι στο αίμα», εξηγεί ο διευθυντής της έρευνας, Domenico Pacifici, επίκουρος καθηγητής μηχανικής στο Brown University. «Τώρα είμαστε σε θέση να το κάνουμε με μια πολύ υψηλή ειδικότητα, που σημαίνει ότι μπορούμε να διαφοροποιήσουμε τη γλυκόζη από τα συστατικά του υποστρώματος του σάλιου», προσθέτει.
Το βιοτσίπ αποτελείται από τεμάχιο τετραγωνικής ίντσας χαλαζία επικαλυμμένο με λεπτό στρώμα αργύρου. Χαραγμένο σε νανοκλίμακα ασήμι είναι χιλιάδες συμβολόμετρα, μικροσκοπικές σχισμές με μια σχισμή σε κάθε πλευρά πλάτους 200 νανόμετρα. Η σχισμή είναι 100 νανόμετρα πλάτη, περίπου 1.000 φορές λεπτότερη από την ανθρώπινη τρίχα.
Όταν το φως λάμπει στο τσιπ, οι σχισμές προκαλούν ένα κύμα ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ασήμι, ένα polariton επιφάνειας πλασμονίου, το οποίο απλώνεται στην υποδοχή. Αυτά τα κύματα παρεμβαίνουν στο φως που διέρχεται από την αυλάκωση και οι ευαίσθητοι ανιχνευτές μετρούν τα πρότυπα παρεμβολής που παράγονται από τις αυλακώσεις και τις αυλακώσεις.
Κατ 'αυτόν τον τρόπο, όταν εναποτίθεται υγρό στο τσιπ, τα κύματα φωτός και επιφάνειας πλασμονίου διαδίδονται μέσω του υγρού που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, μεταβάλλοντας τα πρότυπα παρεμβολής που συλλέγονται από τους ανιχνευτές, ανάλογα με τη χημική σύνθεση του υγρό
Ρυθμίζοντας την απόσταση μεταξύ των αυλακώσεων και του κέντρου της σχισμής, τα συμβολόμετρα μπορούν να βαθμονομηθούν για να ανιχνεύσουν τις υπογραφές συγκεκριμένων ενώσεων ή μορίων, με υψηλή ευαισθησία σε εξαιρετικά μικρούς όγκους δειγμάτων.
Ήδη σε άρθρο που δημοσιεύθηκε το 2012, η ομάδα του Μπράουν έδειξε ότι τα συμβολόμετρα σε ένα βιοτσίπ θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τη γλυκόζη στο νερό. Ωστόσο, η επιλεκτική ανίχνευση της γλυκόζης σε ένα σύνθετο διάλυμα όπως το ανθρώπινο σάλιο ήταν ένα άλλο ζήτημα.
"Το σάλιο είναι περίπου το 99 τοις εκατό νερό, έτσι ώστε το 1 τοις εκατό είναι αυτό που παρουσιάζει τα προβλήματα", λέει ο Pacifici. "Υπάρχουν ένζυμα, άλατα και άλλα συστατικά που μπορούν να επηρεάσουν την ανταπόκριση του αισθητήρα., λύσαμε το πρόβλημα της ιδιαιτερότητας του συστήματος ανίχνευσής μας ". Αυτοί οι εμπειρογνώμονες το έκαναν χρησιμοποιώντας χημεία χρώματος για να δημιουργήσουν ένα ανιχνεύσιμο δείκτη γλυκόζης.
Οι ερευνητές προσέθεσαν μικροκυκλοφοριακά κανάλια στο τσιπ για να εισάγουν δύο ένζυμα που αντιδρούν με γλυκόζη με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Το πρώτο ένζυμο, οξειδάση γλυκόζης, αντιδρά με τη γλυκόζη για να σχηματίσει ένα μόριο υπεροξειδίου του υδρογόνου που αντιδρά με το δεύτερο ένζυμο, την υπεροξειδάση της χρένου, για να παράγει ένα μόριο που ονομάζεται resorufin, το οποίο μπορεί να απορροφήσει και να εκπέμψει ερυθρό φως και να χρωματίσει το διάλυμα.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να συντονίσουν τα συμβολόμετρα για να αναζητήσουν τα κόκκινα μόρια resorufin. "Η αντίδραση συμβαίνει κατά ένα τρόπο προς ένα: ένα μόριο γλυκόζης παράγει ένα μόριο resorufin - λέει η Pacifici - έτσι μπορούμε να μετρήσουμε τον αριθμό των μορίων resorufin στο διάλυμα και να συναγάγουμε τον αριθμό των μορίων γλυκόζης που υπήρχαν αρχικά στη λύση. "
Η ομάδα εξέτασε το συνδυασμό χημείας χρωστικής και πλασμονικής συμβολής με αναζήτηση γλυκόζης σε τεχνητό σάλιο, ένα μείγμα νερού, αλάτων και ενζύμων που μοιάζει με πραγματικό άνθρωπο. Έτσι, ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να ανιχνεύσουν resorufin σε πραγματικό χρόνο με μεγάλη ακρίβεια και ειδικότητα και κατάφεραν να ανιχνεύσουν μεταβολές στη συγκέντρωση γλυκόζης 0, 1 μικρογραμμομορίων ανά λίτρο, δέκα φορές την ευαισθησία που μπορεί να επιτευχθεί με συμβολόμετρα.
Το επόμενο βήμα στο έργο, σύμφωνα με την Pacifici, είναι να ξεκινήσει η δοκιμή της μεθόδου σε πραγματικό ανθρώπινο σάλιο. Τελικά, οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν μια μικρή, αυτόνομη συσκευή που θα μπορούσε να δώσει στους διαβητικούς έναν μη επεμβατικό τρόπο για να παρακολουθούν τα επίπεδα γλυκόζης τους. "Τώρα βαθμολογούμε αυτή τη συσκευή για ινσουλίνη", αναφέρει ο Pacifici Said, ο οποίος προσθέτει ότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση τοξινών στον αέρα ή στο νερό ή στο εργαστήριο για τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στην περιοχή του αισθητήρα εγκαίρως. πραγματική.
Πηγή:
Ετικέτες:
Ολοκλήρωση Παραγγελίας Φύλο Υγεία
Το νέο τσιπ κάνει χρήση μιας σειράς συγκεκριμένων χημικών αντιδράσεων μαζί με πλασμονική συμβολομετρία, ένα μέσο ανίχνευσης της χημικής υπογραφής των ενώσεων χρησιμοποιώντας φως. Η συσκευή είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να ανιχνεύει διαφορές στις συγκεντρώσεις γλυκόζης ισοδύναμες με λίγες χιλιάδες μόρια στον όγκο του δείγματος.
«Έχουμε αποδείξει την ευαισθησία που απαιτείται για τη μέτρηση των τυπικών συγκεντρώσεων γλυκόζης στο σάλιο, οι οποίες είναι συνήθως εκατό φορές χαμηλότερες από ό, τι στο αίμα», εξηγεί ο διευθυντής της έρευνας, Domenico Pacifici, επίκουρος καθηγητής μηχανικής στο Brown University. «Τώρα είμαστε σε θέση να το κάνουμε με μια πολύ υψηλή ειδικότητα, που σημαίνει ότι μπορούμε να διαφοροποιήσουμε τη γλυκόζη από τα συστατικά του υποστρώματος του σάλιου», προσθέτει.
Το βιοτσίπ αποτελείται από τεμάχιο τετραγωνικής ίντσας χαλαζία επικαλυμμένο με λεπτό στρώμα αργύρου. Χαραγμένο σε νανοκλίμακα ασήμι είναι χιλιάδες συμβολόμετρα, μικροσκοπικές σχισμές με μια σχισμή σε κάθε πλευρά πλάτους 200 νανόμετρα. Η σχισμή είναι 100 νανόμετρα πλάτη, περίπου 1.000 φορές λεπτότερη από την ανθρώπινη τρίχα.
Όταν το φως λάμπει στο τσιπ, οι σχισμές προκαλούν ένα κύμα ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ασήμι, ένα polariton επιφάνειας πλασμονίου, το οποίο απλώνεται στην υποδοχή. Αυτά τα κύματα παρεμβαίνουν στο φως που διέρχεται από την αυλάκωση και οι ευαίσθητοι ανιχνευτές μετρούν τα πρότυπα παρεμβολής που παράγονται από τις αυλακώσεις και τις αυλακώσεις.
Κατ 'αυτόν τον τρόπο, όταν εναποτίθεται υγρό στο τσιπ, τα κύματα φωτός και επιφάνειας πλασμονίου διαδίδονται μέσω του υγρού που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, μεταβάλλοντας τα πρότυπα παρεμβολής που συλλέγονται από τους ανιχνευτές, ανάλογα με τη χημική σύνθεση του υγρό
Ρυθμίζοντας την απόσταση μεταξύ των αυλακώσεων και του κέντρου της σχισμής, τα συμβολόμετρα μπορούν να βαθμονομηθούν για να ανιχνεύσουν τις υπογραφές συγκεκριμένων ενώσεων ή μορίων, με υψηλή ευαισθησία σε εξαιρετικά μικρούς όγκους δειγμάτων.
Ήδη σε άρθρο που δημοσιεύθηκε το 2012, η ομάδα του Μπράουν έδειξε ότι τα συμβολόμετρα σε ένα βιοτσίπ θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τη γλυκόζη στο νερό. Ωστόσο, η επιλεκτική ανίχνευση της γλυκόζης σε ένα σύνθετο διάλυμα όπως το ανθρώπινο σάλιο ήταν ένα άλλο ζήτημα.
"Το σάλιο είναι περίπου το 99 τοις εκατό νερό, έτσι ώστε το 1 τοις εκατό είναι αυτό που παρουσιάζει τα προβλήματα", λέει ο Pacifici. "Υπάρχουν ένζυμα, άλατα και άλλα συστατικά που μπορούν να επηρεάσουν την ανταπόκριση του αισθητήρα., λύσαμε το πρόβλημα της ιδιαιτερότητας του συστήματος ανίχνευσής μας ". Αυτοί οι εμπειρογνώμονες το έκαναν χρησιμοποιώντας χημεία χρώματος για να δημιουργήσουν ένα ανιχνεύσιμο δείκτη γλυκόζης.
Οι ερευνητές προσέθεσαν μικροκυκλοφοριακά κανάλια στο τσιπ για να εισάγουν δύο ένζυμα που αντιδρούν με γλυκόζη με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Το πρώτο ένζυμο, οξειδάση γλυκόζης, αντιδρά με τη γλυκόζη για να σχηματίσει ένα μόριο υπεροξειδίου του υδρογόνου που αντιδρά με το δεύτερο ένζυμο, την υπεροξειδάση της χρένου, για να παράγει ένα μόριο που ονομάζεται resorufin, το οποίο μπορεί να απορροφήσει και να εκπέμψει ερυθρό φως και να χρωματίσει το διάλυμα.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να συντονίσουν τα συμβολόμετρα για να αναζητήσουν τα κόκκινα μόρια resorufin. "Η αντίδραση συμβαίνει κατά ένα τρόπο προς ένα: ένα μόριο γλυκόζης παράγει ένα μόριο resorufin - λέει η Pacifici - έτσι μπορούμε να μετρήσουμε τον αριθμό των μορίων resorufin στο διάλυμα και να συναγάγουμε τον αριθμό των μορίων γλυκόζης που υπήρχαν αρχικά στη λύση. "
Η ομάδα εξέτασε το συνδυασμό χημείας χρωστικής και πλασμονικής συμβολής με αναζήτηση γλυκόζης σε τεχνητό σάλιο, ένα μείγμα νερού, αλάτων και ενζύμων που μοιάζει με πραγματικό άνθρωπο. Έτσι, ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να ανιχνεύσουν resorufin σε πραγματικό χρόνο με μεγάλη ακρίβεια και ειδικότητα και κατάφεραν να ανιχνεύσουν μεταβολές στη συγκέντρωση γλυκόζης 0, 1 μικρογραμμομορίων ανά λίτρο, δέκα φορές την ευαισθησία που μπορεί να επιτευχθεί με συμβολόμετρα.
Το επόμενο βήμα στο έργο, σύμφωνα με την Pacifici, είναι να ξεκινήσει η δοκιμή της μεθόδου σε πραγματικό ανθρώπινο σάλιο. Τελικά, οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν μια μικρή, αυτόνομη συσκευή που θα μπορούσε να δώσει στους διαβητικούς έναν μη επεμβατικό τρόπο για να παρακολουθούν τα επίπεδα γλυκόζης τους. "Τώρα βαθμολογούμε αυτή τη συσκευή για ινσουλίνη", αναφέρει ο Pacifici Said, ο οποίος προσθέτει ότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση τοξινών στον αέρα ή στο νερό ή στο εργαστήριο για τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στην περιοχή του αισθητήρα εγκαίρως. πραγματική.
Πηγή:
