يتمتع حرير العنكبوت بخصائص فائقة مثل المرونة وقوة الشد والقابلية للتحلل الحيوي والتوافق الحيوي. وبسبب هذه الخصائص، تم تصنيع المكونات البصرية المختلفة المستخدمة في التطبيقات الطبية الحيوية باستخدام حرير العنكبوت.
في هذه الدراسة، قام باحثون من معهد تايوان لأبحاث الأجهزة وجامعة تايبيه الطبية بتطوير ألياف بصرية حساسة للغاية مستشعر السكر من خلال تسخير خصائص حرير العنكبوت الموجهة للضوء. يستطيع المستشعر اكتشاف وقياس التغيرات الصغيرة في معامل الانكسار للمحلول البيولوجي، بما في ذلك الجلوكوز وأنواع أخرى من محاليل السكر.
وقال قائد فريق البحث تشنغ يانغ ليو من جامعة يانغ مينغ تشياو تونغ الوطنية في تايوان: "تعتبر أجهزة استشعار الجلوكوز ضرورية للأشخاص المصابين بداء السكري، ولكن هذه الأجهزة تميل إلى أن تكون عدوانية وغير مريحة وغير فعالة من حيث التكلفة. مع حرير العنكبوت ولجذب الانتباه لخصائصها الميكانيكية البصرية الفائقة، أردنا استكشاف استخدام هذه المادة المتوافقة حيويًا للكشف عن تركيزات السكر المختلفة في الوقت الفعلي بصريًا.
المستشعر عملي، وقابل لإعادة الاستخدام، وصغير الحجم، ومتوافق حيويًا، وفعال من حيث التكلفة، وحساس للغاية. يمكن استخدامه لتحديد تركيزات سكريات الفركتوز والسكروز والجلوكوز بناءً على التغيرات في معامل انكسار المحلول. وبما أنه مدمج، فإنه يمكن أن يسمح بالوصول إلى المناطق التي يصعب الوصول إليها مثل الدماغ و قلب.
ولتطوير المستشعر، قام الباحثون بتسخير حرير عنكبوت السحب من عنكبوت الخشب العملاق نيفيلا بيلبيس. تم تغليف الحرير، الذي يبلغ قطره 10 ميكرون فقط، في راتينج قابل للمعالجة ضوئيًا متوافق حيويًا قبل معالجته لإنشاء سطح واقي أملس. ونتيجة لذلك، تم تصنيع هيكل من الألياف الضوئية بقطر 100 ميكرون، حيث يعمل حرير العنكبوت كقلب والراتنج ككسوة. ثم قاموا بعد ذلك بتعزيز قدرات استشعار الألياف عن طريق طلاءها بطبقة نانوية من الذهب متوافقة حيويا.
أنتج هذا الإجراء بنية ذات نهايتين تشبه الخيط. تم ربط الألياف بمصدر ضوء ومطياف من أحد طرفيها، وتم غمر الطرف الآخر في عينة سائلة لأغراض القياس. مما مكن الباحثين من تحديد معامل انكسار المحلول واستخدامه لمعرفة نوع السكر وتركيزه.
وقال قائد فريق البحث تشنغ يانغ ليو من جامعة يانغ مينغ تشياو تونغ الوطنية في تايوان: "مع مزيد من التطوير، يمكن أن يؤدي ذلك إلى أجهزة مراقبة طبية منزلية أفضل وأجهزة تشخيص واختبار في نقاط الرعاية."
اختبر الباحثون قابلية تكرار أجهزة الاستشعار واستقرارها من خلال قياس المحاليل بتركيزات غير معروفة من الفركتوز أو السكروز أو السكروز. جلوكوز السكريات في درجة حرارة الغرفة. لقد حددوا أداء المستشعر كميًا من خلال مقارنة أطياف شدة الضوء التي ينتجها المستشعر مع قياسات معامل الانكسار التي تم الحصول عليها باستخدام مقياس الانكسار التجاري. كان المستشعر قادرًا على تحديد نوع السكر الموجود في المحلول وتوفير قراءة للتركيز.
ليو محمد, "إن دقة القياس وحساسية الاستشعار التي حققناها تشير إلى أن المستشعر يمكنه تقدير تركيز محلول سكر غير معروف بدقة. علاوة على ذلك، فإن حساسية الاستشعار لمستشعرنا المقترح تشمل بالكامل نطاق تركيزات السكر الموجودة في دم الإنسان.
المرجع مجلة:
- هسوان-بي إي، جيلين أنطونيكول نجان كونج وآخرون. مستشعر السكر من الألياف الضوئية ذات الألياف المعدنية العازلة المتوافقة حيويًا مع الحرير العنكبوتي. البصريات الطبية الحيوية اكسبرس، 2022 ، 13 (9): 4483 DOI: 10.1364 / BOE.462573
