Thứ năm, ngày 5 tháng 6 năm 2014.- Các nhà nghiên cứu tại Đại học Brown ở Rhode Island, Hoa Kỳ, đã phát triển một cảm biến biochip mới có thể đo nồng độ glucose trong một dung dịch phức tạp tương tự như nước bọt của con người. Bước đột phá, được xuất bản trong 'Nanophotonics', rất có ý nghĩa vì nó có thể cho phép thiết kế một thiết bị cho phép những người mắc bệnh tiểu đường đo lượng glucose mà không cần lấy máu.
Con chip mới sử dụng một loạt các phản ứng hóa học cụ thể cùng với giao thoa kế plasmonic, một phương tiện phát hiện chữ ký hóa học của các hợp chất sử dụng ánh sáng. Thiết bị đủ nhạy để phát hiện sự khác biệt về nồng độ glucose tương đương với vài nghìn phân tử trong thể tích được lấy mẫu.
"Chúng tôi đã chứng minh độ nhạy cần thiết để đo nồng độ glucose điển hình trong nước bọt, thường thấp hơn một trăm lần so với trong máu", giám đốc nghiên cứu, Domenico Pacifici, giáo sư trợ lý kỹ thuật tại Đại học Brown giải thích. "Bây giờ chúng tôi có thể làm điều đó với độ đặc hiệu rất cao, có nghĩa là chúng tôi có thể phân biệt glucose với các thành phần nền của nước bọt, " ông nói thêm.
Biochip bao gồm một mảnh thạch anh vuông được phủ một lớp bạc mỏng. Khắc bằng bạc có kích thước nano là hàng ngàn giao thoa kế, các khe nhỏ với một khe ở mỗi bên rộng 200 nanomet. Cái khe rộng 100 nanomet, mỏng hơn khoảng 1.000 lần so với tóc người.
Khi ánh sáng chiếu vào chip, các khe sẽ tạo ra một làn sóng các electron tự do bằng bạc, một cực plasmon bề mặt, lan vào khe. Những sóng này cản trở ánh sáng truyền qua rãnh và các máy dò nhạy cảm đo các kiểu giao thoa được tạo ra bởi các rãnh và rãnh.
Theo cách này, khi một chất lỏng lắng đọng trên chip, sóng plasmon ánh sáng và bề mặt truyền qua chất lỏng giao thoa với nhau, làm thay đổi các kiểu giao thoa được thu thập bởi các máy dò, tùy thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng
Bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các rãnh và tâm của khe, giao thoa kế có thể được hiệu chuẩn để phát hiện chữ ký của các hợp chất hoặc phân tử cụ thể, với độ nhạy cao trong khối lượng mẫu cực nhỏ.
Ngay trong một bài báo được xuất bản năm 2012, nhóm của Brown đã chỉ ra rằng giao thoa kế trong một biochip có thể phát hiện glucose trong nước. Tuy nhiên, việc phát hiện chọn lọc glucose trong một giải pháp phức tạp như nước bọt của con người là một vấn đề khác.
"Nước bọt là khoảng 99 phần trăm nước, do đó 1 phần trăm là vấn đề gây ra vấn đề", Pacifici nói. "Có các enzyme, muối và các thành phần khác có thể ảnh hưởng đến phản ứng của cảm biến., chúng tôi đã giải quyết vấn đề về tính đặc hiệu của sơ đồ phát hiện của chúng tôi ". Các chuyên gia đã làm nó bằng cách sử dụng hóa chất nhuộm để tạo ra một dấu vết có thể theo dõi cho glucose.
Các nhà nghiên cứu đã thêm các kênh microfluidic vào chip để giới thiệu hai enzyme phản ứng với glucose theo một cách rất cụ thể. Enzyme đầu tiên, glucose oxyase, phản ứng với glucose tạo thành một phân tử hydro peroxide phản ứng với enzyme thứ hai, horseradish peroxidase, để tạo ra một phân tử gọi là resorufin, có thể hấp thụ và phát ra ánh sáng đỏ, tạo màu cho dung dịch.
Sau đó, các nhà khoa học đã có thể điều chỉnh giao thoa kế để tìm kiếm các phân tử resorufin màu đỏ. "Phản ứng xảy ra theo cách một đối một: một phân tử glucose tạo ra một phân tử resorufin - Pacifici nói -. Vì vậy, chúng ta có thể đếm số lượng phân tử resorufin trong dung dịch và suy ra số lượng phân tử glucose mà ban đầu có mặt trong giải pháp. "
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sự kết hợp giữa hóa học nhuộm và giao thoa plasmon bằng cách tìm kiếm glucose trong nước bọt nhân tạo, hỗn hợp nước, muối và enzyme giống như người thật. Do đó, họ phát hiện ra rằng họ có thể phát hiện resorufin trong thời gian thực với độ chính xác và độ đặc hiệu cao và quản lý để phát hiện sự thay đổi nồng độ glucose 0, 1 micromole mỗi lít, gấp mười lần độ nhạy có thể đạt được bằng giao thoa kế.
Bước tiếp theo trong công việc, theo Pacifici, là bắt đầu thử nghiệm phương pháp này trong nước bọt người thật. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển một thiết bị nhỏ, tự trị có thể cung cấp cho bệnh nhân tiểu đường một cách không xâm lấn để theo dõi nồng độ glucose của họ. "Chúng tôi hiện đang hiệu chỉnh thiết bị này cho insulin", báo cáo của Pacifici Said, người nói thêm rằng nó cũng có thể được sử dụng để phát hiện độc tố trong không khí hoặc nước hoặc trong phòng thí nghiệm để kiểm soát kịp thời các phản ứng hóa học xảy ra trong khu vực của cảm biến. có thật
Nguồn:
Tags:
gia đình Sự Tái TạO Tin tức
Con chip mới sử dụng một loạt các phản ứng hóa học cụ thể cùng với giao thoa kế plasmonic, một phương tiện phát hiện chữ ký hóa học của các hợp chất sử dụng ánh sáng. Thiết bị đủ nhạy để phát hiện sự khác biệt về nồng độ glucose tương đương với vài nghìn phân tử trong thể tích được lấy mẫu.
"Chúng tôi đã chứng minh độ nhạy cần thiết để đo nồng độ glucose điển hình trong nước bọt, thường thấp hơn một trăm lần so với trong máu", giám đốc nghiên cứu, Domenico Pacifici, giáo sư trợ lý kỹ thuật tại Đại học Brown giải thích. "Bây giờ chúng tôi có thể làm điều đó với độ đặc hiệu rất cao, có nghĩa là chúng tôi có thể phân biệt glucose với các thành phần nền của nước bọt, " ông nói thêm.
Biochip bao gồm một mảnh thạch anh vuông được phủ một lớp bạc mỏng. Khắc bằng bạc có kích thước nano là hàng ngàn giao thoa kế, các khe nhỏ với một khe ở mỗi bên rộng 200 nanomet. Cái khe rộng 100 nanomet, mỏng hơn khoảng 1.000 lần so với tóc người.
Khi ánh sáng chiếu vào chip, các khe sẽ tạo ra một làn sóng các electron tự do bằng bạc, một cực plasmon bề mặt, lan vào khe. Những sóng này cản trở ánh sáng truyền qua rãnh và các máy dò nhạy cảm đo các kiểu giao thoa được tạo ra bởi các rãnh và rãnh.
Theo cách này, khi một chất lỏng lắng đọng trên chip, sóng plasmon ánh sáng và bề mặt truyền qua chất lỏng giao thoa với nhau, làm thay đổi các kiểu giao thoa được thu thập bởi các máy dò, tùy thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng
Bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các rãnh và tâm của khe, giao thoa kế có thể được hiệu chuẩn để phát hiện chữ ký của các hợp chất hoặc phân tử cụ thể, với độ nhạy cao trong khối lượng mẫu cực nhỏ.
Ngay trong một bài báo được xuất bản năm 2012, nhóm của Brown đã chỉ ra rằng giao thoa kế trong một biochip có thể phát hiện glucose trong nước. Tuy nhiên, việc phát hiện chọn lọc glucose trong một giải pháp phức tạp như nước bọt của con người là một vấn đề khác.
"Nước bọt là khoảng 99 phần trăm nước, do đó 1 phần trăm là vấn đề gây ra vấn đề", Pacifici nói. "Có các enzyme, muối và các thành phần khác có thể ảnh hưởng đến phản ứng của cảm biến., chúng tôi đã giải quyết vấn đề về tính đặc hiệu của sơ đồ phát hiện của chúng tôi ". Các chuyên gia đã làm nó bằng cách sử dụng hóa chất nhuộm để tạo ra một dấu vết có thể theo dõi cho glucose.
Các nhà nghiên cứu đã thêm các kênh microfluidic vào chip để giới thiệu hai enzyme phản ứng với glucose theo một cách rất cụ thể. Enzyme đầu tiên, glucose oxyase, phản ứng với glucose tạo thành một phân tử hydro peroxide phản ứng với enzyme thứ hai, horseradish peroxidase, để tạo ra một phân tử gọi là resorufin, có thể hấp thụ và phát ra ánh sáng đỏ, tạo màu cho dung dịch.
Sau đó, các nhà khoa học đã có thể điều chỉnh giao thoa kế để tìm kiếm các phân tử resorufin màu đỏ. "Phản ứng xảy ra theo cách một đối một: một phân tử glucose tạo ra một phân tử resorufin - Pacifici nói -. Vì vậy, chúng ta có thể đếm số lượng phân tử resorufin trong dung dịch và suy ra số lượng phân tử glucose mà ban đầu có mặt trong giải pháp. "
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sự kết hợp giữa hóa học nhuộm và giao thoa plasmon bằng cách tìm kiếm glucose trong nước bọt nhân tạo, hỗn hợp nước, muối và enzyme giống như người thật. Do đó, họ phát hiện ra rằng họ có thể phát hiện resorufin trong thời gian thực với độ chính xác và độ đặc hiệu cao và quản lý để phát hiện sự thay đổi nồng độ glucose 0, 1 micromole mỗi lít, gấp mười lần độ nhạy có thể đạt được bằng giao thoa kế.
Bước tiếp theo trong công việc, theo Pacifici, là bắt đầu thử nghiệm phương pháp này trong nước bọt người thật. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển một thiết bị nhỏ, tự trị có thể cung cấp cho bệnh nhân tiểu đường một cách không xâm lấn để theo dõi nồng độ glucose của họ. "Chúng tôi hiện đang hiệu chỉnh thiết bị này cho insulin", báo cáo của Pacifici Said, người nói thêm rằng nó cũng có thể được sử dụng để phát hiện độc tố trong không khí hoặc nước hoặc trong phòng thí nghiệm để kiểm soát kịp thời các phản ứng hóa học xảy ra trong khu vực của cảm biến. có thật
Nguồn:
