Quinta-feira, 5 de junho de 2014. - Pesquisadores da Brown University, em Rhode Island, Estados Unidos, desenvolveram um novo sensor de biochip que pode medir seletivamente as concentrações de glicose em uma solução complexa semelhante à saliva humana. A descoberta, publicada em 'Nanophotonics', é significativa porque poderia permitir o design de um dispositivo que permite que pessoas com diabetes medam os níveis de glicose sem retirar o sangue.
O novo chip utiliza uma série de reações químicas específicas, juntamente com a interferometria plasmônica, um meio de detectar a assinatura química dos compostos usando a luz. O dispositivo é sensível o suficiente para detectar diferenças nas concentrações de glicose equivalentes a alguns milhares de moléculas no volume amostrado.
"Demonstramos a sensibilidade necessária para medir concentrações típicas de glicose na saliva, que geralmente são cem vezes menores que no sangue", explica o diretor de pesquisa, Domenico Pacifici, professor assistente de engenharia da Universidade Brown. "Agora somos capazes de fazer isso com uma especificidade muito alta, o que significa que podemos diferenciar a glicose dos componentes de fundo da saliva", acrescenta ele.
O biochip consiste em um pedaço de uma polegada quadrada de quartzo revestido com uma fina camada de prata. Gravados em prata em nanoescala existem milhares de interferômetros, pequenas fendas com uma fenda de cada lado com 200 nanômetros de largura. A fenda tem 100 nanômetros de largura, cerca de 1.000 vezes mais fina que um cabelo humano.
Quando a luz brilha no chip, os slots causam uma onda de elétrons livres em prata, um polariton plasmônico de superfície, que se espalha para o slot. Essas ondas interferem com a luz que passa pelo canal e os detectores sensíveis medem os padrões de interferência gerados pelos canais e canais.
Dessa forma, quando um líquido é depositado no chip, as ondas de plasma e luz se propagam através do líquido que interfere entre si, alterando os padrões de interferência coletados pelos detectores, dependendo da composição química do líquido
Ajustando a distância entre as ranhuras e o centro da fenda, os interferômetros podem ser calibrados para detectar as assinaturas de compostos ou moléculas específicas, com alta sensibilidade em volumes de amostra extremamente pequenos.
Já em um artigo publicado em 2012, a equipe de Brown mostrou que interferômetros em um biochip podiam detectar glicose na água. No entanto, a detecção seletiva de glicose em uma solução complexa como a saliva humana foi outro problema.
"A saliva é cerca de 99% de água, de modo que 1% é a que apresenta os problemas", diz Pacifici. "Existem enzimas, sais e outros componentes que podem afetar a resposta do sensor. Com este trabalho, resolvemos o problema da especificidade do nosso esquema de detecção ". Esses especialistas fizeram isso usando a química dos corantes para criar um marcador rastreável para a glicose.
Os pesquisadores adicionaram canais microfluídicos ao chip para introduzir duas enzimas que reagem com a glicose de uma maneira muito específica. A primeira enzima, a glicose oxidase, reage com a glicose para formar uma molécula de peróxido de hidrogênio que reage com a segunda enzima, a peroxidase de rábano silvestre, para gerar uma molécula chamada resorufina, que pode absorver e emitir luz vermelha, colorindo a solução.
Então, os cientistas conseguiram ajustar os interferômetros para procurar as moléculas vermelhas de resorufina. "A reação ocorre de maneira individual: uma molécula de glicose gera uma molécula de resorufina - diz Pacifici -. Assim, podemos contar o número de moléculas de resorufina na solução e inferir o número de moléculas de glicose que estavam originalmente presentes na solução ".
A equipe testou sua combinação de química dos corantes e interferometria plasmônica, buscando glicose na saliva artificial, uma mistura de água, sais e enzimas que se assemelha a humanos reais. Assim, eles descobriram que podiam detectar resorufina em tempo real com grande precisão e especificidade e conseguiram detectar alterações na concentração de glicose de 0, 1 micromoles por litro, dez vezes a sensibilidade que pode ser alcançada por interferômetros.
O próximo passo no trabalho, de acordo com Pacifici, é começar a testar o método na saliva humana real. Por fim, os pesquisadores esperam desenvolver um dispositivo pequeno e autônomo que possa dar aos diabéticos uma maneira não invasiva de monitorar seus níveis de glicose. "Agora estamos calibrando esse dispositivo para insulina", relata Pacifici Said, que acrescenta que ele também pode ser usado para detectar toxinas no ar ou na água ou em laboratório para controlar reações químicas que ocorrem na área do sensor a tempo. real.
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O novo chip utiliza uma série de reações químicas específicas, juntamente com a interferometria plasmônica, um meio de detectar a assinatura química dos compostos usando a luz. O dispositivo é sensível o suficiente para detectar diferenças nas concentrações de glicose equivalentes a alguns milhares de moléculas no volume amostrado.
"Demonstramos a sensibilidade necessária para medir concentrações típicas de glicose na saliva, que geralmente são cem vezes menores que no sangue", explica o diretor de pesquisa, Domenico Pacifici, professor assistente de engenharia da Universidade Brown. "Agora somos capazes de fazer isso com uma especificidade muito alta, o que significa que podemos diferenciar a glicose dos componentes de fundo da saliva", acrescenta ele.
O biochip consiste em um pedaço de uma polegada quadrada de quartzo revestido com uma fina camada de prata. Gravados em prata em nanoescala existem milhares de interferômetros, pequenas fendas com uma fenda de cada lado com 200 nanômetros de largura. A fenda tem 100 nanômetros de largura, cerca de 1.000 vezes mais fina que um cabelo humano.
Quando a luz brilha no chip, os slots causam uma onda de elétrons livres em prata, um polariton plasmônico de superfície, que se espalha para o slot. Essas ondas interferem com a luz que passa pelo canal e os detectores sensíveis medem os padrões de interferência gerados pelos canais e canais.
Dessa forma, quando um líquido é depositado no chip, as ondas de plasma e luz se propagam através do líquido que interfere entre si, alterando os padrões de interferência coletados pelos detectores, dependendo da composição química do líquido
Ajustando a distância entre as ranhuras e o centro da fenda, os interferômetros podem ser calibrados para detectar as assinaturas de compostos ou moléculas específicas, com alta sensibilidade em volumes de amostra extremamente pequenos.
Já em um artigo publicado em 2012, a equipe de Brown mostrou que interferômetros em um biochip podiam detectar glicose na água. No entanto, a detecção seletiva de glicose em uma solução complexa como a saliva humana foi outro problema.
"A saliva é cerca de 99% de água, de modo que 1% é a que apresenta os problemas", diz Pacifici. "Existem enzimas, sais e outros componentes que podem afetar a resposta do sensor. Com este trabalho, resolvemos o problema da especificidade do nosso esquema de detecção ". Esses especialistas fizeram isso usando a química dos corantes para criar um marcador rastreável para a glicose.
Os pesquisadores adicionaram canais microfluídicos ao chip para introduzir duas enzimas que reagem com a glicose de uma maneira muito específica. A primeira enzima, a glicose oxidase, reage com a glicose para formar uma molécula de peróxido de hidrogênio que reage com a segunda enzima, a peroxidase de rábano silvestre, para gerar uma molécula chamada resorufina, que pode absorver e emitir luz vermelha, colorindo a solução.
Então, os cientistas conseguiram ajustar os interferômetros para procurar as moléculas vermelhas de resorufina. "A reação ocorre de maneira individual: uma molécula de glicose gera uma molécula de resorufina - diz Pacifici -. Assim, podemos contar o número de moléculas de resorufina na solução e inferir o número de moléculas de glicose que estavam originalmente presentes na solução ".
A equipe testou sua combinação de química dos corantes e interferometria plasmônica, buscando glicose na saliva artificial, uma mistura de água, sais e enzimas que se assemelha a humanos reais. Assim, eles descobriram que podiam detectar resorufina em tempo real com grande precisão e especificidade e conseguiram detectar alterações na concentração de glicose de 0, 1 micromoles por litro, dez vezes a sensibilidade que pode ser alcançada por interferômetros.
O próximo passo no trabalho, de acordo com Pacifici, é começar a testar o método na saliva humana real. Por fim, os pesquisadores esperam desenvolver um dispositivo pequeno e autônomo que possa dar aos diabéticos uma maneira não invasiva de monitorar seus níveis de glicose. "Agora estamos calibrando esse dispositivo para insulina", relata Pacifici Said, que acrescenta que ele também pode ser usado para detectar toxinas no ar ou na água ou em laboratório para controlar reações químicas que ocorrem na área do sensor a tempo. real.
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