Lab-on-a-chip pour mesurer le glucose dans une seule goutte de sueur


Lab-on-a-chip pour mesurer le glucose dans une seule goutte de sueur

Une détection très sensible et rapide de la glycémie est une nécessité diagnostique en médecine. Par exemple, le manque d'insuline et trop de sucre dans le sang sont deux causes principales du diabète, qui peuvent être détectés en mesurant la glycémie. Maintenant, en utilisant la fibre optique et la microfluidique, les chercheurs développent un dispositif de laboratoire sur puce économique et ultra-sensible qui peut mesurer rapidement le glucose dans une simple quantité de sueur.

Le dispositif de laboratoire sur puce intègre un biocapteur à fibre optique avec une puce microfluidique et détecte les niveaux de glucose à partir de gouttelettes de sueur. Il est montré ici à côté d'un dollar de Hong Kong, qui est de la même taille qu'une pièce en dollars américains.

Crédit d'image: A. P. Zhang et al., The Hong Kong Polytechnic University

L'équipe, de l'Université Polytechnique de Hong Kong et de l'Université du Zhejiang en Chine, développe le dispositif pour aider à prévenir et prévenir plus tôt le diabète.

La technologie derrière elle appartient à un nouveau domaine appelé «optofluidique» qui regroupe la détection photonique (à l'aide des propriétés de la lumière pour détecter les produits chimiques) et la microfluidique (contrôle précis de petites quantités de fluide sur les microcanaux)

Ce qui est unique au sujet du nouvel appareil, selon un document Optique biomédicale Express , Est-ce qu'il utilise des capteurs de fibre optique pour détecter le glucose. L'intégration de ce type de capteur dans une puce microfluidique rend l'appareil non seulement très sensible, mais aussi peu coûteux et portable.

A. Ping Zhang, professeur agrégé au département d'ingénierie électrique de l'Université Polytechnique de Hong Kong, affirme que les approches photoniques sont considérées comme l'une des techniques les plus prometteuses pour la détection ultra-sensible.

Et lorsque vous intégrez la photonique avec la petite plate-forme proposée par les microfluidiques, vous pouvez créer un petit système d'analyse de laboratoire sur puce pour des résultats rapides et fiables.

D'autres ont essayé d'intégrer les capteurs de glucose électrochimiques dans les canaux microfluidiques pour produire des puces microfluidiques portables et peu coûteuses, mais elles ont eu des problèmes, tels que les interférences électroactives dans les capteurs électrochimiques.

Ainsi, l'équipe s'est tournée vers la fibre optique, qui est à l'abri des interférences électromagnétiques, pour contourner le problème.

Le biocapteur à fibre optique détecte des niveaux très faibles de glucose en solution

Dans leur document, Zhang et ses collègues décrivent comment ils ont combiné un nouveau biocapteur à fibre optique avec une puce microfluidique pour créer un dispositif optofluidique sans interférence pour la détection ultra-sensible des niveaux de glucose.

Le capteur de fibre optique qu'ils ont créé est très sensible aux changements dans l'indice de réfraction du matériau qui l'entoure. Pour le transformer en un moniteur de glucose, les chercheurs ont utilisé un film de glucose oxydase comme matériau de détection car il réagit avec le glucose en solution.

Pour soutenir le film de détection et améliorer encore le signal, l'équipe a incorporé des couches de deux autres matériaux - la polyéthylénimine (PEI) et l'acide polyacrylique (PAA) - dans le capteur. Il en résulte plusieurs couches de PEI / PAA, avec une couche supérieure de glucose oxydase, qui est ensuite intégrée dans le microcanal de la puce.

Zhang dit que le film multicouche PEI / PAA "surveille l'oxydation du glucose avec le catalyseur de la glucose oxydase et répond à la réaction par gonflement ou contraction".

Après avoir effectué plusieurs tests, Zhang a déclaré avoir trouvé que le capteur de fibre optique "est très sensible à lui seul et peut détecter des concentrations de glucose oxydase aussi faibles que 1 nM (10-9 molarité)", mais après leur intégration dans la puce microfluidique, La performance du capteur "s'est considérablement améliorée".

Le capteur s'est amélioré non seulement dans la plage de détection, mais aussi dans le temps de réponse, qui «raccourci de 6 minutes à 70 secondes», note les chercheurs.

Il n'y avait pas non plus de perte significative d'activité biomoléculaire, suggérant que la méthode utilisée pour créer le capteur entraîne une «absorption électrostatique robuste de la glucose oxydase dans le film détecteur», ajoute Zhang.

Le dispositif détecte le glucose en solution - afin qu'il puisse être utilisé pour mesurer les niveaux de glucose à partir d'une minuscule gouttelette de sueur.

Cela en fait une technologie extrêmement attrayante pour développer un diagnostic précoce du diabète en surveillant le contenu de glucose dans la sueur ".

Prof. A. Ping Zhang

En fin de compte, l'équipe vise à développer une gamme de dispositifs multifonctionnels de laboratoire sur puce pour la recherche et le développement dans des domaines allant du diagnostic biomédical à la surveillance environnementale et même à la découverte de médicaments.

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Section Des Questions Sur La Médecine: Pratique médicale