Tin KHCN nước ngoài
Phát triển thiết bị giúp xác định nồng độ glucose trong nước bọt (21/07/2014)
-   +   A-   A+   In  

Cách đây hai năm, các nhà khoa học thuộc Đại học Brown, Rhode (Hoa Kỳ) đã phát triển thành công một chip sinh học cho phép phát hiện và xác định hàm lượng glucose ở mức rất thấp trong nước bọt. Sự ra đời của thiết bị đã góp phần đem lại niềm hy vọng cho những bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường. Với thiết bị này, bệnh nhân không phải yêu cầu thực hiện xét nghiệm lấy máu từ ngón tay, cuộc sống của họ nhờ đó cũng dễ chịu, thoải mái hơn. Vào thời điểm đó, thiết bị đã bộc lộ hạn chế do nó chỉ giúp phát hiện nồng độ glucose trong nước.

Tuy nhiên, hiện nay, thiết bị đã được phát triển ở mức độ cao hơn, nhằm phát hiện glucose trong một hỗn hợp gồm có: nước, muối và các enzym lựa chọn, được gọi là nước bọt nhân tạo.

Chip sinh học có hình dạng giống một mảnh thạch anh rộng 1 inch vuông và được phủ một lớp bạc. Hàng ngàn các giao thoa kế kích thước nano được khắc axit vào bên trong lớp bạc. Cấu tạo của mỗi giao thoa kế bao gồm 1 khe và 2 rãnh, cụ thể, khe có chiều rộng 100nm xuyên thẳng qua lớp bạc, 2 rãnh với chiều rộng 200nm trong lớp bạc chạy song song với khe trên một mặt.

Khi ánh sáng được chiếu qua hỗn hợp chất lỏng được đặt trên một trong những giao thoa kế, một số photon bị giữ lại bên trong khe, trong khi các photon khác bị phân tán bởi các rãnh và hình thành tương tác với các electron tự do di chuyển xung quanh trên bề mặt của lớp bạc. Những tương tác này gây ra hiện tượng dao động được gọi là polariton plasmon bề mặt.

Các photon di chuyển trên bề mặt của cảm biến từ 2 rãnh, khi chúng gặp các photon bị giữ lại trong khe, hiện tượng giao thoa sẽ xảy ra. Tần số xuất hiện hiện tượng giao thoa thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng của một nguyên tố có mặt trong hỗn hợp chất lỏng, đồng thời, có khả năng xác định lượng ánh sáng được chiếu qua khe. Thông qua việc đo cường độ ánh sáng đi qua mỗi khe, cảm biến có thể xác định được nồng độ của nguyên tố đó.

Trước đây, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp giao thoa plasmon này nhằm xác định nồng độ glucose thấp ở mức 0,36 mg/ dexilit trong nước, nồng độ này tương đương với nồng độ đo được trong nước bọt của con người. Tuy vậy, điều không may là các nguyên tố có trong nước bọt chỉ chiếm 1%, do đó, có thể ảnh hưởng đến độ nhạy của chip sinh học.

Nhằm giải quyết vấn đề này, trong quá trình thực hiện nghiên cứu, các chuyên gia mới đây đã bổ sung thêm chất nhuộm hóa học. Cụ thể, họ đã bổ sung thêm các kênh vi lỏng đưa 2 enzym vào hỗn hợp chất lỏng đã được phân tích. Một trong 2 enzym này là glucose oxidase vốn phản ứng với glucose để hình thành một phân tử hydro peroxit. Enzym còn lại là horseradish peroxidase phản ứng với phân tử hydro peroxit để hình thành một phân tử khác có tên gọi là resorufin. Phân tử này hấp thụ và phát ra ánh sáng màu đỏ, tạo màu cho hỗn hợp chất lỏng.

Các giao thoa kế kích thước nano được điều chỉnh nhằm phát hiện các phân tử resorufin và những phân tử này sau đó sẽ được tính toán, để qua đó, xác định được nồng độ glucose. Trong các thử nghiệm phòng lab, sự kết hợp của giao thoa plasmon và phương pháp hóa học chất nhuộm giúp phát hiện glucose trong nước bọt nhân tạo với độ nhạy gấp 10 lần so với phương pháp chỉ sử dụng máy giao thoa.

Bước tiếp theo, các chuyên gia sẽ thực hiện thử nghiệm chip sinh học trên nước bọt con người trong thực tế, với một thiết bị phân tích nước bọt có kích thước nhỏ dùng cho bệnh nhân tiểu đường. Đây cũng là mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu.

Chuyên gia Domenico Pacifici, trợ lý giáo sư kỹ thuật đồng thời là người đứng đầu nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã chứng minh được độ nhạy cần thiết để đo hàm lượng glucose điển hình trong nước bọt, vốn thường thấp hơn 100 lần so với hàm lượng glucose trong máu. Giờ đây, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu thành công với tính đặc hiệu rất cao, điều này có nghĩa là chúng tôi hoàn toàn có khả năng phân biệt và xác định nồng độ glucose với các thành phần nền của nước bọt".

Báo cáo về nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Nanophotonics.

Nguồn: vista

Số lượt đọc: 6965

Về trang trước Về đầu trang