ใกล้เคียงกับความสามารถในการวัดกลูโคสผ่านน้ำลาย

วันพฤหัสบดีที่ 5 มิถุนายน 2014.- นักวิจัยที่ Brown University ใน Rhode Island สหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเซ็นเซอร์ Biochip ใหม่ที่สามารถเลือกวัดระดับความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคสในสารละลายที่ซับซ้อนคล้ายกับน้ำลายของมนุษย์ ความก้าวหน้าที่ตีพิมพ์ใน 'นาโนโฟโต้นิกส์' มีความสำคัญเนื่องจากสามารถเปิดใช้งานการออกแบบอุปกรณ์ที่ช่วยให้ผู้ป่วยโรคเบาหวานสามารถวัดระดับน้ำตาลได้โดยไม่ต้องเจาะเลือด

ชิปใหม่ใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงพร้อมกับ plasmonic interferometry ซึ่งเป็นวิธีการตรวจจับลายเซ็นทางเคมีของสารประกอบโดยใช้แสง อุปกรณ์มีความไวพอที่จะตรวจจับความแตกต่างของความเข้มข้นของกลูโคสเทียบเท่ากับโมเลกุลสองสามพันในปริมาตรตัวอย่าง
“ เราได้แสดงให้เห็นถึงความไวที่จำเป็นในการวัดความเข้มข้นของกลูโคสทั่วไปในน้ำลายซึ่งโดยปกติจะต่ำกว่าเลือดหนึ่งร้อยเท่า” Domenico Pacifici ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมมหาวิทยาลัยบราวน์อธิบาย “ ตอนนี้เราสามารถทำมันได้ด้วยความจำเพาะสูงมากซึ่งหมายความว่าเราสามารถแยกกลูโคสที่แตกต่างจากส่วนประกอบเบื้องหลังของน้ำลายได้” เขากล่าวเสริม
Biochip ประกอบด้วยชิ้นส่วนของตารางนิ้วของควอตซ์เคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของเงิน สลักเป็นเงินระดับนาโนเป็นเครื่องอินเตอร์เฟอเรเตอร์จำนวนหลายพันช่องเล็ก ๆ ที่มีช่องในแต่ละด้านกว้าง 200 นาโนเมตร ร่องมีความกว้าง 100 นาโนเมตรบางกว่าเส้นผมมนุษย์ประมาณ 1, 000 เท่า
เมื่อแสงส่องลงบนชิปสล็อตจะทำให้เกิดคลื่นของอิเล็กตรอนอิสระเป็นเงินซึ่งเป็นพื้นผิว plasmon polariton ซึ่งแพร่กระจายไปยังสล็อต คลื่นเหล่านี้รบกวนกับแสงที่ผ่านร่องและเครื่องตรวจจับที่มีความละเอียดอ่อนจะวัดรูปแบบการรบกวนที่เกิดจากร่องและร่อง
ด้วยวิธีนี้เมื่อของเหลวถูกวางลงบนชิปคลื่นแสงและพื้นผิวพลาสโมนจะแพร่กระจายผ่านของเหลวที่รบกวนซึ่งกันและกันการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการรบกวนที่เก็บรวบรวมโดยเครื่องตรวจจับขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของ ฉันของเหลว
โดยการปรับระยะห่างระหว่างร่องและจุดกึ่งกลางของร่องทำให้สามารถปรับเทียบอินเทอร์เฟอเรเตอร์เพื่อตรวจหาลายเซ็นของสารประกอบหรือโมเลกุลเฉพาะที่มีความไวสูงในปริมาณตัวอย่างที่น้อยมาก
แล้วในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 2012 ทีมของบราวน์แสดงให้เห็นว่าเครื่องวัดอินเตอโรมิเตอร์ในไบโอชิปสามารถตรวจจับกลูโคสในน้ำได้ อย่างไรก็ตามการตรวจจับที่เลือกของน้ำตาลกลูโคสในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนเช่นน้ำลายของมนุษย์เป็นปัญหาอื่น
"น้ำลายมีน้ำประมาณ 99 เปอร์เซ็นต์ดังนั้น 1 เปอร์เซ็นต์จึงเป็นปัญหาที่เกิดขึ้น" Pacifici กล่าว "มีเอนไซม์เกลือและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่สามารถส่งผลกระทบต่อการตอบสนองของเซ็นเซอร์ได้ด้วยงานนี้ เราได้แก้ไขปัญหาความเฉพาะเจาะจงของแผนการตรวจจับของเรา " ผู้เชี่ยวชาญเหล่านี้ใช้การย้อมเคมีเพื่อสร้างเครื่องหมายที่ตรวจสอบย้อนกลับได้สำหรับน้ำตาลกลูโคส
นักวิจัยได้เพิ่มไมโครฟลูอิดิคแชนเนลลงในชิปเพื่อแนะนำเอนไซม์สองตัวที่ทำปฏิกิริยากับกลูโคสในลักษณะเฉพาะ เอนไซม์แรกกลูโคสออกซิเดสทำปฏิกิริยากับกลูโคสในรูปโมเลกุลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ที่สองคือพืชชนิดหนึ่งเปอร์ออกซิเดสเพื่อสร้างโมเลกุลที่เรียกว่า resorufin ซึ่งสามารถดูดซับและปล่อยแสงสีแดง
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถปรับอินเทอร์เฟอเรเตอร์ให้มองหาโมเลกุลของ resorufin สีแดงได้ "ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในแบบหนึ่งต่อหนึ่ง: โมเลกุลกลูโคสสร้างโมเลกุล resorufin - Pacifici กล่าว - ดังนั้นเราสามารถนับจำนวนโมเลกุล resorufin ในสารละลายและสรุปจำนวนโมเลกุลกลูโคสที่ มีอยู่ในการแก้ปัญหา "
ทีมทดสอบการผสมผสานของเคมีย้อมและ interferometry พลาสโมนิคโดยการค้นหากลูโคสในน้ำลายเทียมส่วนผสมของน้ำเกลือและเอนไซม์ที่คล้ายกับมนุษย์จริง ดังนั้นพวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถตรวจจับ resorufin ในเวลาจริงด้วยความแม่นยำและความเฉพาะเจาะจงที่ดีและจัดการเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคส 0.1 micromoles ต่อลิตรสิบเท่าของความไวที่สามารถทำได้โดย interferometers
ขั้นตอนต่อไปในการทำงานตาม Pacifici คือการเริ่มทดสอบวิธีการในน้ำลายมนุษย์จริง ในที่สุดนักวิจัยหวังว่าจะพัฒนาอุปกรณ์ขนาดเล็กที่เป็นอิสระที่สามารถให้ผู้ป่วยโรคเบาหวานด้วยวิธีที่ไม่รุกรานเพื่อตรวจสอบระดับกลูโคสของพวกเขา "ตอนนี้เรากำลังปรับเทียบอุปกรณ์นี้สำหรับอินซูลิน" Pacifici Said กล่าวซึ่งเสริมว่าสามารถใช้ตรวจจับสารพิษในอากาศหรือน้ำหรือในห้องปฏิบัติการเพื่อควบคุมปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในพื้นที่ของเซ็นเซอร์ในเวลา จริง
ที่มา: