Группа исследователей из Гонконгского политехнического университета и Чжэцзянского университета в Китае сообщает об интеграции оптоволоконных датчиков глюкозы в микрофлюидный чип для создания портативных, высокопроизводительных и недорогих устройств для измерения уровня глюкозы. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Biomedical Optics Express, от Оптического общества (OSA).
«Сегодня фотонные подходы признаны наиболее многообещающими методами сверхчувствительного зондирования», — сказал д-р.
А. Пин Чжан, доцент кафедры электротехники Гонконгского политехнического университета. «В частности, синергетическая интеграция фотонного зондирования и микрофлюидики привела к созданию современной технологии, известной как оптофлюидика для биологического и химического анализа."
Одна из причин, по которой технология микрожидкостных чипов так привлекательна, заключается в том, что она предоставляет крошечную платформу для интеграции датчиков с функциональными компонентами, такими как микрожидкостные миксеры, для создания системы анализа «лаборатория на кристалле» для быстрых и надежных результатов.
В то время как электрохимические биосенсоры глюкозы могут быть интегрированы в микрофлюидные каналы для разработки простых в обращении, недорогих и портативных микрожидкостных чипов, проблемы с электроактивными помехами часто возникают в электрохимических датчиках.
Но волоконно-оптические датчики предлагают решение этой проблемы благодаря своей невосприимчивости к электромагнитным помехам.
Объединив новый оптоволоконный биосенсор с микрофлюидным чипом, Чжан и его коллеги создали оптико-жидкостное устройство без помех для сверхчувствительного определения уровней глюкозы.
Их метод включает изготовление оптоволоконной длиннопериодической решетки (LPG) с периодом 390 микрон внутри оптического волокна малого диаметра с диаметром оболочки 80 микрон, пояснил он. Такие оптоволоконные устройства вызывают сильную сонаправленную связь мод за счет процесса резонансного рассеяния.
И результирующая центральная длина волны очень чувствительна к изменениям показателя преломления (RI) окружающей среды из-за исчезающего поля моды оболочки оптического волокна.
«Чтобы превратить оптоволоконный датчик RI в датчик глюкозы, команда выбрала глюкозооксидазу в качестве чувствительного материала, который будет реагировать с глюкозой в растворе. Чтобы поддержать чувствительную пленку и увеличить изменение RI, чувствительная к pH многослойная пленка из полиэтиленимина (PEI) и полиакриловой кислоты (PAA) наносится на боковую поверхность датчика LPG перед иммобилизацией чувствительной пленки », — отметил Чжан.
Многослойная пленка PEI / PAA наблюдает за окислением глюкозы с помощью катализатора глюкозооксидазы и реагирует на реакцию набуханием или сжатием », — добавил он.
«Экспериментальные результаты показали, что новый оптоволоконный датчик сам по себе очень чувствителен и может определять концентрацию глюкозооксидазы до 1 нМ (молярность 10-9)», — сказал он. «Но после интеграции в микрожидкостный чип производительность датчика была значительно улучшена с точки зрения дальности обнаружения и времени отклика."
«Кроме того, примечательно, что во время экспериментов не наблюдалось значительной потери биомолекулярной активности, что означает, что наш метод послойной самосборки обеспечивает надежное электростатическое поглощение глюкозооксидазы в чувствительной пленке», — сказал Чжан.
«Работа команды является значительным шагом на пути к разработке оптико-жидкостных устройств для ранней диагностики и профилактики диабета», — сказал он.
Что касается приложений, оптофлюидное устройство позволяет обнаруживать глюкозу в растворе, «требуя лишь крошечной капельки пота. Это делает эту технологию чрезвычайно привлекательной для ранней диагностики диабета путем мониторинга содержания глюкозы в поту », — сказал Чжан.
Их конечная цель — разработать многофункциональные «лабораторные устройства на кристалле» за счет интеграции фотоники, микрофлюидики и функциональных материалов в небольшой чип.
Такая технология позволит проводить широкий спектр исследований и разработок в области биомедицинской диагностики, мониторинга окружающей среды и даже поможет в открытии новых лекарств », — отметил он.