Para los 26 millones de estadounidenses con diabetes, extraer sangre es la forma más frecuente de controlar los niveles de glucosa. Es invasivo y al menos mínimamente doloroso. Los investigadores de la Universidad de Brown están trabajando en un nuevo sensor que puede verificar los niveles de azúcar en sangre midiendo las concentraciones de glucosa en la saliva.

La técnica aprovecha la convergencia de la nanotecnología y la plasmónica de superficie, que explora la interacción de electrones y fotones (luz). Los ingenieros de Brown grabaron miles de interferómetros plasmónicos en un biochip del tamaño de una uña y midieron la concentración de moléculas de glucosa en el agua del chip. Sus resultados mostraron que el biochip especialmente diseñado podría detectar niveles de glucosa similares a los niveles encontrados en la saliva humana. La glucosa en la saliva humana suele estar aproximadamente 100 veces menos concentrada que en la sangre.

"Esta es una prueba del concepto de que los interferómetros plasmónicos se pueden utilizar para detectar moléculas en bajas concentraciones, usando una huella que es diez veces más pequeña que un cabello humano, "dijo Domenico Pacifici, profesor asistente de ingeniería y autor principal del artículo publicado en Nano letras , una revista de la American Chemical Society.

La técnica se puede utilizar para detectar otros productos químicos o sustancias, desde el ántrax hasta los compuestos biológicos, Pacifici dijo:"y detectarlos todos a la vez, en paralelo, utilizando el mismo chip ".

Para crear el sensor, los investigadores tallaron una hendidura de unos 100 nanómetros de ancho y grabaron dos surcos de 200 nanómetros de ancho a cada lado de la hendidura. La rendija captura los fotones entrantes y los confina. Los surcos mientras tanto, dispersar los fotones entrantes, que interactúan con los electrones libres que rodean la superficie metálica del sensor. Esas interacciones libres entre electrones y fotones crean un polaritón de plasmón superficial, una onda especial con una longitud de onda más estrecha que un fotón en el espacio libre. Estas ondas de plasmón de superficie se mueven a lo largo de la superficie del sensor hasta que encuentran los fotones en la rendija, al igual que dos olas del océano que vienen de diferentes direcciones y chocan entre sí. Esta "interferencia" entre las dos ondas determina máximos y mínimos en la intensidad de la luz transmitida a través de la rendija. La presencia de un analito (el producto químico que se mide) en la superficie del sensor genera un cambio en la diferencia de fase relativa entre las dos ondas de plasmón de superficie, que a su vez provoca un cambio en la intensidad de la luz, medido por los investigadores en tiempo real.

"La rendija actúa como un mezclador para los tres haces:la luz incidente y las ondas de plasmón de superficie, "Dijo Pacifici.

Los ingenieros aprendieron que podían variar el desplazamiento de fase de un interferómetro cambiando la distancia entre las ranuras y la rendija. lo que significa que podrían sintonizar la interferencia generada por las ondas. Los investigadores pudieron sintonizar los miles de interferómetros para establecer líneas de base, que luego podría usarse para medir con precisión concentraciones de glucosa en agua tan bajas como 0.36 miligramos por decilitro.

"Podría ser posible utilizar estos biochips para realizar el cribado de múltiples biomarcadores para pacientes individuales, todos a la vez y en paralelo, con una sensibilidad sin precedentes, "Dijo Pacifici.

A continuación, los ingenieros planean construir sensores diseñados para glucosa y otras sustancias para probar más los dispositivos. "El enfoque propuesto permitirá una detección de muy alto rendimiento de analitos ambiental y biológicamente relevantes en un diseño extremadamente compacto. Podemos hacerlo con una sensibilidad que rivaliza con las tecnologías modernas," "Dijo Pacifici.

Tayhas Palmore, profesor de ingenieria, es un autor colaborador del artículo. Los estudiantes de posgrado Jing Feng (ingeniería) y Vince Siu (biología), quien diseñó los canales de microfluidos y llevó a cabo los experimentos, figuran como los dos primeros autores del artículo. Otros autores incluyen al estudiante graduado de ingeniería de Brown Steve Rhieu y a los estudiantes universitarios Vihang Mehta, Alec Roelke.