Spinnenseide zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften wie Elastizität, Zugfestigkeit, biologische Abbaubarkeit und Biokompatibilität aus. Aufgrund dieser Eigenschaften wurden verschiedene optische Komponenten für biomedizinische Anwendungen aus Spinnenseide hergestellt.
In dieser Studie haben Forscher des Taiwan Instrument Research Institute und der Taipei Medical University eine hochempfindliche Faseroptik entwickelt Zuckersensor durch Nutzung der lichtleitenden Eigenschaften von Spinnenseide. Der Sensor kann kleine Änderungen im Brechungsindex einer biologischen Lösung, einschließlich Glukose und anderen Arten von Zuckerlösungen, erkennen und messen.
Der Leiter des Forschungsteams Cheng-Yang Liu von der National Yang-Ming Chiao Tung University in Taiwan sagte: „Glukosesensoren sind für Menschen mit Diabetes von entscheidender Bedeutung, aber diese Geräte sind in der Regel invasiv, unbequem und nicht kosteneffizient. Mit Spinnenseide Da das Material aufgrund seiner überlegenen optomechanischen Eigenschaften Aufmerksamkeit erregt, wollten wir die Verwendung dieses biokompatiblen Materials untersuchen, um verschiedene Zuckerkonzentrationen optisch in Echtzeit zu erfassen.“
Der Sensor ist praktisch, wiederverwendbar, kompakt, biokompatibel, kostengünstig und hochempfindlich. Es kann verwendet werden, um Konzentrationen von Fruktose-, Saccharose- und Glukosezuckern basierend auf Änderungen im Brechungsindex einer Lösung zu bestimmen. Da es kompakt ist, könnte es den Zugang zu schwer zugänglichen Bereichen ermöglichen, z Einnahme von Medikamenten und Herz.
Um den Sensor zu entwickeln, nutzten die Forscher die Schleppleinenseide der Riesenholzspinne Nephila pilipes. Die Seide, die einen Durchmesser von nur 10 Mikrometern hat, wurde vor dem Aushärten in ein biokompatibles, lichthärtbares Harz eingehüllt, um eine glatte Schutzoberfläche zu schaffen. Als Ergebnis wurde eine optische Faserstruktur mit einem Durchmesser von 100 Mikrometern hergestellt, wobei Spinnenseide als Kern und Harz als Mantel diente. Anschließend verbesserten sie die Sensorfähigkeiten der Faser, indem sie sie mit einer biokompatiblen Nanoschicht aus Gold überzogen.
Durch dieses Verfahren entstand eine zweiseitige, fadenartige Struktur. Die Faser war an einem Ende mit einer Lichtquelle und einem Spektrometer verbunden und das andere Ende wurde zu Messzwecken in eine flüssige Probe getaucht. Dadurch war es den Forschern möglich, den Brechungsindex der Lösung zu ermitteln und daraus die Art des Zuckers und seine Konzentration zu ermitteln.
Der Leiter des Forschungsteams Cheng-Yang Liu von der National Yang-Ming Chiao Tung University in Taiwan sagte: „Mit der Weiterentwicklung könnten bessere medizinische Überwachungsgeräte für zu Hause sowie Diagnose- und Testgeräte am Behandlungsort entstehen.“
Die Forscher testeten die Wiederholbarkeit und Stabilität der Sensoren, indem sie Lösungen mit unbekannten Konzentrationen an Fruktose, Saccharose usw. maßen Glucose Zucker bei Zimmertemperatur. Sie bestimmten die Leistung des Sensors quantitativ, indem sie die vom Sensor erzeugten Lichtintensitätsspektren mit Brechungsindexmessungen verglichen, die mit einem kommerziellen Refraktometer durchgeführt wurden. Der Sensor war in der Lage, sowohl die Art des Zuckers in der Lösung zu identifizieren als auch die Konzentration anzuzeigen.
Liu sagte, „Die von uns erreichte Messgenauigkeit und Sensorempfindlichkeit legen nahe, dass der Sensor die Konzentration einer unbekannten Zuckerlösung genau abschätzen kann. Darüber hinaus deckt die Sensorempfindlichkeit unseres vorgeschlagenen Sensors vollständig den Bereich der im menschlichen Blut vorkommenden Zuckerkonzentrationen ab.“
Journal Referenz:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biokompatibler, auf Spinnenseide basierender, metalldielektrischer, faseroptischer Zuckersensor. Biomedizinische Optik Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
