تشخیص دیابت با آزمایش ساده از طریق بیوتراشه

مهندسین دانشگاه Brownیک دستگاه بیولوژیکی جدید را برای اندازه گیری غلظت گلوکز در بزاق انسان طراحی کردند. این تکنیک ما را از تهیه ی نمونه ی خونی برای سنجش مقدار قند خون بی نیاز خواهد کرد.

 در این بیوتراشه ی طراحی شده از تداخلات ( اینترفرومترهای) پلاسمونیک استفاده می شود. این وسیله قبلاً برای اندازه گیری گروهی از مواد بیولوژیکی و زیست محیطی استفاده شده است.

 26میلیون نفر بیمار مبتلا به دیابت در آمریکا برای اندازه گیری مقدار قندخون خود مجبوربه تهیه ی نمونه ی خون با سرنگ یا با لانست هستند. اما در روش جدید که یک روش غیر تهاجمی و بدون درد است، پژوهشگران دانشگاه Brownحسگر جدیدی که  می تواند مقدار قند خون را با استفاده از بزاق اندازه گیری کند، طراحی می کردند.

در این تکنیک از نانو تکنولوژی و پلاسمونیک سطحی که در آن اندرکنش الکترونها با فوتونها (نور) بررسی می شود، استفاده گردید.

پژوهشگران هزاران پلاسمونیک اینترفرومتر را بروی یک تراشه با سایزی به اندازه ی یک ناخن دست حک کردند و با آن غلظتهای بسیار پایین مولکولهای قند محلول در آب را اندازه گیری کردند.

نتایج آنها نشان داد که بیوتراشه ای طراحی شده می تواند غلظت های قند مشابه با غلظت قند در بزاق انسان را تشخیص داده و اندازه گیری نماید. مقدار قند در بزاق انسان معمولاً 100 بار کمتر از غلظت آن در خون است.

پرفسور Domenico pacificiمی گوید: این آزمایش ثابت کرد که اینترفرومترهای پلاسمونیک قادر به تشخیص مواد در غلظت های بسیار پایین هستند. یعنی قادرند رد پای ماده ای که ده بار کوچکتر از یک تار موی انسان است را شناسایی کنند. نتایج این تحقیق در مجله ی Nano Lettersکه یکی از مجلات انجمن شیمی آمریکا است به چاپ رسید.

این تکنیک برای تشخیص مواد شیمیایی یا مواد دیگر از سیاه زخم گرفته تا ترکیبات بیولوژیکی قابل استفاده است. در این تکنیک می توان با استفاده از تراشه های مشابه بصورت موازی همه ی مواد موجود را به یکباره تشخیص و اندازه گیری نمود.

محققان برای ساخت حسگر مربوطه، شکافی به عرض 100 نانومتر ایجاد کردند که بروی هر دو سطح آن شیارهایی با پهنای 200 نانومتر حک کردند. این تراشه فوتونهای ورودی را دریافت کرده و آنها را در داخل خود محصور می کند. در همین حین، شیارهای روی تراشه فوتونهای ورودی را که با الکترونهای آزاد (موجود بروی سطح فلزی حسگر) اندرکنش می کنند، پراکنده می سازد.

اندرکنش الکترونهای آزاد با فوتونها سبب ایجاد پلاریتون پلاسمون سطحی می شود، که یک موج با طول موجی باریک تر از یک فوتونها در فضای آزاد است. این امواج پلاسمونی سطحی ، بروی سطح حسگر حرکت کرده تا اینکه با فوتونها در تراشه مواجه می شوند، درست مانند موجهای دو اقیانوس که در جهات مختلف به هم برخورد وتصادم می کنند. تداخل بین دو موج،  بیشینه و کمینه شدت نور منتقل شده به تراشه را تعیین می کند.

 وجود آنالیت (ماده ی شیمیایی که باید اندازه گیری شود) بروی سطح حسگر سبب ایجاد تغییری در اختلاف فاز نسبی بین دو موج پلاسمون سطحی می شود که سبب تغییر در شدت نور اندازه گیری شده در زمان اندازه گیری می گردد، این تغییر در شدت نور بیانگر غلظت ماده ی شیمیایی مورد نظر است.

دکتر pacificiمی گوید: تراشه همانند یک مخلوط کن برای این سه پرتو عمل می کند: نور تابشی و موجهای پلاسمون سطحی.

مهندسان آموختند که با تغییر فاصله ی بین شیارها و شکاف می توانند سبب تغییر فاز اینترفرومتر شوند. این بدان معنی است که آنها می توانند تداخل ایجاد شده توسط امواج را تنظیم کنند. به این ترتیب محققین توانستند هزاران اینترفرومتر را برای ایجاد یک خط مبنا میزان و کوک کنند تا بتوانند بطور صحیح غلظت های قند محلول در آب با غلظت کمتر از 36/0 میلی گرم در دسی لیتر را اندازه گیری نماید.

دکتر pacificiمی گوید: در آینده احتمالاً می توان با این بیوتراشه ها به غربالگری چند بیومارکر در بیماران در یک مرحله ، همزمان و با حساسیت بی سابقه پرداخت.

قدم بعدی مهندسان ساخت حسگرهایی برای سنجش قند خون و سایر مواد برای پیشرفت دستگاه ها و وسایل اندازه گیری است.

Pacificiمی گوید: این روش ما را قادر به تشخیص آنالیت های بیولوژیکی و زیست محیطی باتوان تشخیص و حساسیت بالا بوسیله ی دستگاههای بسیار ظریف و کوچک خواهد نمود که قابل رقابت با تکنولوژی های مدرن امروزی است.

منبع: Nano letters, 2012; 120109130837001 Dol:10.1021/nl203325s