Edderkoppesilke har overlegne egenskaber såsom elasticitet, trækstyrke, biologisk nedbrydelighed og biokompatibilitet. På grund af disse egenskaber er forskellige optiske komponenter, der anvendes i biomedicinske applikationer, blevet fremstillet ved hjælp af edderkoppesilke.
I denne undersøgelse har forskere fra Taiwan Instrument Research Institute og Taipei Medical University udviklet en meget følsom fiberoptik sukker sensor ved at udnytte edderkoppesilkens lysledende egenskaber. Sensoren kan detektere og måle små ændringer i brydningsindekset for en biologisk opløsning, herunder glukose og andre typer sukkeropløsninger.
Forskerholdsleder Cheng-Yang Liu fra National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sagde: "Glucosesensorer er afgørende for mennesker med diabetes, men disse enheder har en tendens til at være invasive, ubehagelige og ikke omkostningseffektive. Med edderkoppesilke for at tiltrække opmærksomhed for dets overlegne optomekaniske egenskaber, ønskede vi at udforske at bruge dette biokompatible materiale til at detektere forskellige sukkerkoncentrationer i realtid optisk."
Sensoren er praktisk, genanvendelig, kompakt, biokompatibel, omkostningseffektiv og meget følsom. Det kan bruges til at bestemme koncentrationer af fruktose, saccharose og glukose sukker baseret på ændringer i en opløsnings brydningsindeks. Da den er kompakt, kan den give adgang til svært tilgængelige områder som f.eks hjernen , hjerte.
For at udvikle sensoren udnyttede forskerne trækline-edderkopsilken fra den gigantiske træedderkop nephila pilipes. Silken, som kun har en diameter på 10 mikron, blev indkapslet i en biokompatibel fotohærdende harpiks, før den blev hærdet for at skabe en glat beskyttende overflade. Som et resultat blev der lavet en optisk fiberstruktur med en diameter på 100 mikron, hvor edderkoppesilke tjente som kernen og harpiks som beklædning. De forbedrede derefter fiberens føleevne ved at belægge den med et biokompatibelt nanolag af guld.
Denne procedure frembragte en to-endet, trådlignende struktur. Fiberen blev fastgjort til en lyskilde og et spektrometer i den ene ende, og den anden ende blev nedsænket i en væskeprøve til måleformål. Dette gjorde det muligt for forskerne at identificere opløsningens brydningsindeks og bruge det til at fastslå sukkerarten og dens koncentration.
Forskerholdsleder Cheng-Yang Liu fra National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sagde: "Med yderligere udvikling kan det føre til bedre hjemmemedicinsk overvågningsudstyr og point-of-care diagnose- og testudstyr."
Forskerne testede sensorernes repeterbarhed og stabilitet ved at måle opløsninger med ukendte koncentrationer af fructose, saccharose eller glucose sukker ved stuetemperatur. De bestemte kvantitativt sensorens ydeevne ved at sammenligne lysintensitetsspektre produceret af sensoren med brydningsindeksmålinger opnået med et kommercielt refraktometer. Sensoren var i stand til både at identificere typen af sukker i opløsningen og give en aflæsning af koncentrationen.
Liu sagde, "Målepræcisionen og sansefølsomheden, vi opnåede, tyder på, at sensoren nøjagtigt kan estimere koncentrationen af en ukendt sukkeropløsning. Desuden omfatter sansningsfølsomheden for vores foreslåede sensor fuldstændig rækken af sukkerkoncentrationer, der findes i menneskeligt blod."
Journal Reference:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biokompatibel edderkoppesilkebaseret metal-dielektrisk fiberoptisk sukkersensor. Biomedicinsk Optik Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
