اندازه‌گیری گلوکز در بزاق با زیست‌تراشه‌ها

مهندسانی از دانشگاه براون یک افزاره زیستی طراحی کرده‌اند که غلظت‌های گلوکز را در بزاق انسان اندازه‌گیری می‌کند. این تکنیک می‌تواند نیاز دیابتی‌ها را برای خون‌گیری جهت اندازه‌گیری سطح گلوکز برطرف کند. این زیست‌تراشه از تداخل‌سنج‌های پلاسمونیکی استفاده می‌کند و می‌تواند برای اندازه‌گیری بازه وسیعی از مواد محیطی و زیستی استفاده شود.

مهندسانی از دانشگاه براون یک افزاره زیستی طراحی کرده‌اند که غلظت‌های
گلوکز را در بزاق انسان اندازه‌گیری می‌کند. این تکنیک می‌تواند نیاز
دیابتی‌ها را برای خون‌گیری جهت اندازه‌گیری سطح گلوکز برطرف کند. این زیست‌تراشه
از تداخل‌سنج‌های پلاسمونیکی استفاده می‌کند و می‌تواند برای اندازه‌گیری
بازه وسیعی از مواد محیطی و زیستی استفاده شود.

در بین بیماران دیابتی، انجام خون‌گیری شایع‌ترین کار جهت اندازه‌گیری سطح
گلوکز است. این تکنیک جدید از مزیت همگرایی فناوری‌نانو و پلاسمونیک سطحی،
که برهمکنش الکترون‌ها با فوتون‌ها (نور) را بررسی می‌کند، استفاده می‌کند.
این مهندسان در براون هزاران تداخل‌سنج پلاسمونیکی را روی زیست‌تراشه‌ای به
اندازه ناخن چاپ کرده و غلظت مولکول‌های گلوکز را در آب بر روی این تراشه
اندازه‌گیری کردند. نتایج آنها نشان داد که این تراشه با طراحی خاص می‌تواند
سطوح گلوکز را مشابه به آنچه که در بزاق انسان وجود دارد، آشکارسازی کند.

 
این طرح شماتیک نشان‌دهنده مولکول‌های گلوکزی است که روی سطح حسگری که با نوری با
رنگ‌های مختلف روشن شده است “می رقصند”. تغییرات ایجادشده در شدت نور عبوری از
دریچه هر تداخل‌سنج پلاسمونیکی اطلاعاتی در مورد غلظت مولکول‌های گلوکز در محلول
بدست می‌دهد.
برای خلق این حسگر، دانشمندان شکافی با پهنای ۱۰۰ نانومتر ایجاد کرده و دو خراش با
پهنای ۲۰۰ نانومتر در هر دو طرف شکاف مذکور ایجاد کردند. این شکاف فوتون‌های ورودی
را گیراندازی کرده و آنها را محبوس می‌کند. در این ضمن خراش‌ها فوتون‌های ورودی را
پراکنده می‌سازند که با الکترون‌های آزاد اطراف سطح فلزی حسگر برهم‌کنش می‌کنند.
این برهمکنش‌های الکترون آزاد – فوتون باعث خلق پلاریتون پلاسمون سطحی، یک موج خاص
که طول‌موجش از طول‌موج فوتون در فضای آزاد کوچک‌تر است، می‌شود.

این امواج پلاسمون سطحی در طول سطح حسگر حرکت می‌کنند تا با فوتون‌های داخل شکاف
مواجه شوند، خیلی شبیه به دو موج اقیانوسی که از دو سمت مختلف می‌آیند و با همدیگر
برخورد می‌کنند. این “تداخل” بین دو موج منجر به بیشینه‌ها و کمینه‌هایی در شدت
نوری عبوری از شکاف می‌شود. حضور یک آنالیت (ماده شیمیایی که قرار است اندازه‌گیری
شود) روی سطح این حسگر تغییری در اختلاف فاز نسبی بین دو موج پلاسمون سطحی ایجاد
می‌کند، که بنوبه خود باعث ایجاد یک تغییر در شدت نور اندازه‌گیری شده می‌شود.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر
کرده‌اند.