Noul cip folosește o serie de reacții chimice specifice împreună cu interferometria plasmonică, un mijloc de detectare a semnăturii chimice a compușilor cu ajutorul luminii. Dispozitivul este suficient de sensibil pentru a detecta diferențele de concentrații de glucoză echivalente cu câteva mii de molecule în volumul eșantionat.
„Am demonstrat sensibilitatea necesară pentru a măsura concentrațiile tipice de glucoză în salivă, care sunt de obicei de o sută de ori mai mici decât în sânge”, explică directorul de cercetare, Domenico Pacifici, profesor asistent de inginerie la Universitatea Brown. „Acum suntem capabili să o facem cu o specificitate foarte mare, ceea ce înseamnă că putem diferenția glucoza de componentele de fundal ale salivei”, adaugă el.
Biochipul este format dintr-o bucată dintr-un centimetru pătrat de cuarț acoperit cu un strat subțire de argint. Gravate în argint la nano scară sunt mii de interferometre, fante minuscule, cu un slot pe fiecare parte, cu 200 de nanometri lățime. Fanta are 100 de nanometri lățime, de aproximativ 1000 de ori mai subțire decât un păr uman.
Când lumina strălucește pe cip, sloturile provoacă o undă de electroni liberi în argint, un polariton superficial plasmonic, care se răspândește în slot. Aceste unde interferează cu lumina care trece prin canelură și detectoarele sensibile măsoară modelele de interferență generate de canelurile și canelurile.
În acest fel, atunci când un lichid este depus pe cip, undele plasmonice de lumină și de suprafață se propagă prin lichidul care interferează între ele, modificând modelele de interferență colectate de detectoare, în funcție de compoziția chimică a lichid I.
Prin ajustarea distanței dintre caneluri și centrul fantei, interferometrele pot fi calibrate pentru a detecta semnăturile compușilor sau moleculelor specifice, cu o sensibilitate ridicată în volume de probe extrem de mici.
Deja într-un articol publicat în 2012, echipa lui Brown a arătat că interferometrele dintr-un biochip ar putea detecta glucoza în apă. Cu toate acestea, detectarea selectivă a glucozei într-o soluție complexă precum saliva umană a fost o altă problemă.
"Saliva este de aproximativ 99 la sută de apă, astfel încât 1 la sută este cea care prezintă problemele", spune Pacifici. "Există enzime, săruri și alte componente care pot afecta răspunsul senzorului. Cu această lucrare, am rezolvat problema specificității schemei noastre de detectare ". Acești experți au făcut-o folosind chimia coloranților pentru a crea un marker de urmărire pentru glucoză.
Cercetătorii au adăugat canale microfluidice la cip pentru a introduce două enzime care reacționează cu glucoza într-un mod foarte specific. Prima enzimă, glucoza oxidaza, reacționează cu glucoza pentru a forma o moleculă de peroxid de hidrogen care reacționează cu a doua enzimă, peroxidază de hrean, pentru a genera o moleculă numită resorufină, care poate absorbi și emite lumină roșie, colorând soluția.
Apoi, oamenii de știință au reușit să ajusteze interferometrele pentru a căuta moleculele roșu de resorufină. "Reacția are loc într-un mod unu-la-unu: o moleculă de glucoză generează o moleculă de resorufină - spune Pacifici - Deci putem număra numărul de molecule de resorufină în soluție și deducem numărul de molecule de glucoză care au fost inițial prezenți în soluție ".
Echipa a testat combinația lor de chimie colorantă și interferometrie plasmonică prin căutarea glucozei în saliva artificială, un amestec de apă, săruri și enzime care seamănă cu omul real. Astfel, aceștia au descoperit că pot detecta resorufină în timp real cu mare precizie și specificitate și au reușit să detecteze modificări ale concentrației de glucoză de 0, 1 micromoli pe litru, de zece ori mai mare decât sensibilitatea care poate fi obținută prin interferometre.
Următorul pas în lucrare, potrivit Pacifici, este să înceapă testarea metodei în saliva umană reală. În cele din urmă, cercetătorii speră să dezvolte un dispozitiv mic, autonom, care ar putea oferi diabeticilor un mod non-invaziv de a-și monitoriza nivelul de glucoză. "Acum calibrăm acest dispozitiv pentru insulină", relatează Pacifici Said, care adaugă că ar putea fi folosit și pentru detectarea toxinelor din aer sau apă sau în laborator pentru a controla reacțiile chimice care apar în zona senzorului în timp. reală.
