پیشرفت در تشخیص گلوکز در بزاق
6 ژوئن 2014- محققین دانشگاه Brownیک حسگر زیست تراشه ای جدید ابداع نموده اند که می تواند بصورت اختصاصی غلظت گلوکز را در محلول پیچیده ای مشابه با بزاق انسان اندازه گیری نماید. این پیشرفت قدم مهمی برای ابداع وسیله ای است که به افراد دیابتی امکان اندازه گیری قند خون را بدون گرفتن خون از نوک انگشتان می دهد.
این تراشه ی جدید با استفاده از یک مجموعه از واکنش های شیمیایی خاص همراه با تداخل سنجی پلاسمونیک plasmonic interferometry، توانایی تشخیص یک ماده ی شیمیایی خاص با استفاده از نور را دارد. این ابزار حساسیت کافی را برای تشخیص تفاوت در غلظت های گلوکز به میزان فقط چند هزار مولکول درنمونه را دارد.
پرفسور Domenico Pacificiمی گوید: برای اندازه گیری غلظت گلوکز دربزاق که معمولاً 100 بار کمتر از غلظت آن در خون است نیاز به حساسیت بالایی داریم و حال ما قادریم با این تراشه ی جدید بصورت بسیار تخصصی گلوکز را از بین ترکیبات زمینه ای در بزاق تشخیص دهیم.
این تحقیق جدید در شماره ی اخیر مجله ی Nanophotonicsمنتشر گردید. این زیست تراشه متشکل از یک قطعه ی یک اینچ مربعی از کوارتز است که با یک لایه ی نازک نقره پوشانده شده است. بروی نقره ی این تراشه هزاران اینترفرومتر در ابعاد نانو حک شده است (شکاف های بسیار باریک با شیارهایی درهر طرف). این شیارها پهنایی معادل 200 نانومتر دارند و پهنای هر شکاف 100 نانومتر است (حدود 1000 بار باریکتر از موی انسان). هنگامیکه نور بروی تراشه تابیده می شود، شیارها سبب ایجاد موجی از الکترونهای آزاد درنقره می شوند – * یک پلاسمون پلاریتون سطحی- که بسمت شکاف انتشار می یابد. این امواج با نوری که از شکاف عبور می کند تداخل می کند. حسگرهای حساس سپس الگوهای تداخلی ایجاد شده توسط شیارها و شکاف ها را اندازه گیری می کنند.
هنگامیکه مایعی بروی تراشه قرار می گیرد، نور و امواج پلاسمون سطحی قبل از تداخل با یکدیگر در مایع انتشار می یابند. انتشار نور و امواج پلاسمون سطحی از میان مایع سبب تغییر الگوهای تداخلی شده و این تغییرات توسطآشکار ساز با توجه به نوع ترکیب شیمیایی مایع تشخیص داده می شود. با تنظیم فاصله ی بین شیارها و شکاف مرکزی می توان اینترفرومتر را برای تشخیص یک ترکیب خاص یا یک مولکول خاص با حساسیت بسیار زیاد درحجم های بسیار کم نمونه ، کالیبره کرد.
درمقاله ای که در سال 2012 توسط تیم دانشگاه Brownمنتشر گردید اینترفرومترهای روی یک زیست تراشه برای تشخیص گلوکز در آب بکار گرفته شد. اما تشخیص انتخابی گلوکز در یک محلول پیچیده مانند بزاق انسان موضوع پیچیده تری بود.
بزاق حدوداً حاوی 99 درصد آب است اما یک درصد دیگر آن مشکل اصلی است که حاوی آنزیم ها، نمک ها و سایر اجزایی است که می تواند بر پاسخ حسگر تأثیر گذارد. در تحقیق اخیر دانشمندان توانستند مشکل تشخیص اختصاصی حسگر را حل کنند.
آنها اینکار را با استفاده از شیمی رنگ برای ایجاد یک نشانگر قابل پیگیری برای گلوکز انجام دادند. محققین کانالهای میکروسیالی را به این تراشه برای عرضه ی دو آنزیم که با گلوکز بصورت اختصاصی واکنش می دهند، افزودند. اولین آنزیم گلوکز اکسیداز بود که با گلوکز برای تشکیل یک مولکول پر اکسیدهیدروژن واکنش می دهد. این مولکول سپس با آنزیم دوم که horseradish peroxidaseاست اندرکنش کرده و مولکولی بنام resorufinرا تولید می کند که می تواند جذب شده و رنگ قرمز را تابش کرده و محلول را رنگی می کند. محققان سپس توانستند فرکانس اینترفرومترها را برای جستجوی رنگ قرمز مولکولهای resorufinتنظیم کنند.
پرفسور Pacificiمی گوید: واکنش بصورت یک به یک اتفاق می افتد یعنی یک مولکول گلوکز تولید یک مولکول resorufinمی کند بنابراین ما می توانیم تعداد مولکولهای resorufinرا در محلول شمارش کرده و به تعداد مولکولهای گلوکز که در ابتدا درمحلول بوده است، پی ببریم.
محققین با استفاده از شیمی رنگ و تداخل سنجی پلاسمونیک مقدار گلوکز را در بزاق مصنوعی، که متشکل از مخلوط آب، نمک و آنزیم ها بود و به ویژگی های بزاق انسان شباهت داشت، سنجیدند. آنها دریافتند که می توانند تعداد مولکولهای resorufinرا درزمان واقعی با دقت بسیارو کاملا اختصاصی اندازه گیری کنند.
آنها توانستند تغییرات غلظت گلوکز را تا 0.1میکرومول در لیتر تشخیص دهند این دقت ده برابر حساسیت استفاده از اینترفرومتر به تنهایی بود.
پرفسور Pacificiمی گوید: قدم بعدی در این تحقیقات آزمایش این روش بروی بزاق واقعی انسان است در نهایت محققین امیدوارند وسیله ی کوچکی را ابداع کنند که بیمار دیابتی بتواند با یک روش غیر تهاجمی بر مقدار گلوکز خون خود نظارت کند. این وسیله کاربردهای بالقوه ی دیگری نیز دارد.
دکتر Pacificiمی گوید: هم اکنون درحال کالیبراسیون این وسیله برای انسولین هستیم، اما دراصل ما می توانیم حسگر کووت پلاسمونیک را برای تشخیص هر مولکول دلخواهی تغییر دهیم.
او می افزاید: از این وسیله می توان برای تشخیص سموم در هوا یا آب استفاده نمود یا در آزمایشگاه برای نظارت بر واکنش های شیمیایی بروی سطح حسگر در زمان وقوع واکنش استفاده کرد.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*پلاسمون پلارتیون سطحی یا (SPPS)امواج الکترومغناطیسی در فرکانس نورمرئی یا مادون قرمز هستند که در سطح مشترک یک فلز با دی الکتریک یا یک فلز با هوا حرکت می کنند. اصطلاح پلاسمون پلارتیون سطحی، توضیح دهنده ی موجی است که هم حرکت بار در فلز( surface Plasmon) و هم حرکت موج الکترومغناطیسی درهوا یا دی الکتریک( polariton) را سبب می شود. برای اطلاع بیشتر از علم پلاسمونیک به آدرسen.wikipedia.org/wiki/Surface_plasmon_polaritonمراجعه کنید.
منبع: