Per i 26 milioni di americani con diabete, il prelievo di sangue è il modo più diffuso per controllare i livelli di glucosio. È invasivo e almeno minimamente doloroso. I ricercatori della Brown University stanno lavorando a un nuovo sensore in grado di controllare i livelli di zucchero nel sangue misurando invece le concentrazioni di glucosio nella saliva.

La tecnica sfrutta una convergenza di nanotecnologia e plasmonica di superficie, che esplora l'interazione di elettroni e fotoni (luce). Gli ingegneri della Brown hanno inciso migliaia di interferometri plasmonici su un biochip delle dimensioni di un'unghia e hanno misurato la concentrazione di molecole di glucosio nell'acqua sul chip. I loro risultati hanno mostrato che il biochip appositamente progettato potrebbe rilevare livelli di glucosio simili ai livelli trovati nella saliva umana. Il glucosio nella saliva umana è in genere circa 100 volte meno concentrato rispetto al sangue.

"Questa è la prova del concetto che gli interferometri plasmonici possono essere utilizzati per rilevare molecole a basse concentrazioni, utilizzando un'impronta dieci volte più piccola di un capello umano, " disse Domenico Pacifici, assistente professore di ingegneria e autore principale dell'articolo pubblicato in Nano lettere , una rivista dell'American Chemical Society.

La tecnica può essere utilizzata per rilevare altre sostanze chimiche o sostanze, dall'antrace ai composti biologici, Pacifici ha detto, "e per individuarli tutti in una volta, in parallelo, utilizzando lo stesso chip."

Per creare il sensore, i ricercatori hanno intagliato una fessura larga circa 100 nanometri e inciso due solchi larghi 200 nanometri su entrambi i lati della fessura. La fenditura cattura i fotoni in arrivo e li confina. Le scanalature, nel frattempo, disperdere i fotoni in arrivo, che interagiscono con gli elettroni liberi che si legano intorno alla superficie metallica del sensore. Queste interazioni libere elettrone-fotone creano un polaritone plasmonico di superficie, un'onda speciale con una lunghezza d'onda più stretta di un fotone nello spazio libero. Queste onde plasmoniche di superficie si muovono lungo la superficie del sensore finché non incontrano i fotoni nella fenditura, proprio come due onde oceaniche provenienti da direzioni diverse e che si scontrano tra loro. Questa "interferenza" tra le due onde determina massimi e minimi nell'intensità luminosa trasmessa attraverso la fenditura. La presenza di un analita (la sostanza chimica da misurare) sulla superficie del sensore genera un cambiamento nella differenza di fase relativa tra le due onde plasmoniche di superficie, che a sua volta provoca un cambiamento nell'intensità della luce, misurato dai ricercatori in tempo reale.

"La fenditura funge da miscelatore per i tre fasci:la luce incidente e le onde plasmoniche di superficie, " ha detto Pacifici.

Gli ingegneri hanno appreso che potevano variare lo sfasamento per un interferometro modificando la distanza tra le scanalature e la fessura, il che significa che potrebbero sintonizzare l'interferenza generata dalle onde. I ricercatori potrebbero mettere a punto le migliaia di interferometri per stabilire linee di base, che potrebbe quindi essere utilizzato per misurare con precisione le concentrazioni di glucosio nell'acqua a partire da 0,36 milligrammi per decilitro.

"Potrebbe essere possibile utilizzare questi biochip per eseguire lo screening di più biomarcatori per singoli pazienti, tutto in una volta e in parallelo, con una sensibilità senza precedenti, " ha detto Pacifici.

Gli ingegneri hanno poi intenzione di costruire sensori su misura per il glucosio e per altre sostanze per testare ulteriormente i dispositivi. "L'approccio proposto consentirà il rilevamento di un rendimento molto elevato di analiti rilevanti dal punto di vista ambientale e biologico in un design estremamente compatto. Possiamo farlo con una sensibilità che rivaleggia con le moderne tecnologie, " ha detto Pacifici.

Tayhas Palmore, professore di ingegneria, è un autore che contribuisce alla carta. Studenti laureati Jing Feng (ingegneria) e Vince Siu (biologia), che ha progettato i canali microfluidici e condotto gli esperimenti, sono indicati come i primi due autori del documento. Altri autori includono lo studente laureato in ingegneria Brown Steve Rhieu e gli studenti universitari Vihang Mehta, Alec Roelke.