Hämähäkkisilkillä on ylivoimaisia ominaisuuksia, kuten elastisuus, vetolujuus, biohajoavuus ja biologinen yhteensopivuus. Näiden ominaisuuksien vuoksi erilaisia biolääketieteellisissä sovelluksissa käytettyjä optisia komponentteja on valmistettu hämähäkkisilkistä.
Tässä tutkimuksessa Taiwan Instrument Research Instituten ja Taipein lääketieteellisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet erittäin herkän kuituoptiikan sokerisensori hyödyntämällä hämähäkkisilkin valoa johtavia ominaisuuksia. Anturi voi havaita ja mitata pieniä muutoksia biologisen liuoksen taitekertoimessa, mukaan lukien glukoosi ja muun tyyppiset sokeriliuokset.
Tutkimusryhmän johtaja Cheng-Yang Liu Taiwanin kansallisesta Yang-Ming Chiao Tung -yliopistosta sanoi, "Glukoosianturit ovat elintärkeitä diabeetikoille, mutta nämä laitteet ovat yleensä invasiivisia, epämukavia eivätkä kustannustehokkaita. Kanssa hämähäkki silkkiä herättääksemme huomiota sen ylivoimaisilla optomekaanisilla ominaisuuksilla, halusimme tutkia tämän bioyhteensopivan materiaalin käyttöä erilaisten sokeripitoisuuksien havaitsemiseen reaaliajassa optisesti.
Anturi on käytännöllinen, uudelleenkäytettävä, kompakti, bioyhteensopiva, kustannustehokas ja erittäin herkkä. Sitä voidaan käyttää fruktoosin, sakkaroosin ja glukoosisokereiden pitoisuuksien määrittämiseen liuoksen taitekertoimen muutosten perusteella. Koska se on kompakti, se voi mahdollistaa pääsyn vaikeapääsyisille alueille, kuten aivot ja sydän.
Anturin kehittämiseksi tutkijat valjastivat jättimäisen puuhämähäkin dragline-hämähäkin silkkiä nephila pilipes. Silkki, jonka halkaisija on vain 10 mikronia, koteloitiin biologisesti yhteensopivaan valokovettuvaan hartsiin ennen kovetusta sileän suojapinnan luomiseksi. Tuloksena valmistettiin halkaisijaltaan 100 mikronia oleva optinen kuiturakenne, jossa hämähäkkisilkki toimi ytimenä ja hartsi verhouksena. Sitten he paransivat kuidun tunnistuskykyä päällystämällä sen bioyhteensopivalla kultananokerroksella.
Tämä menettely tuotti kaksipäisen, lankamaisen rakenteen. Kuitu kiinnitettiin toisesta päästä valonlähteeseen ja spektrometriin ja toinen pää upotettiin nestenäytteeseen mittausta varten. Tämän ansiosta tutkijat pystyivät tunnistamaan liuoksen taitekertoimen ja määrittämään sen avulla sokerin tyypin ja sen pitoisuuden.
Tutkimusryhmän johtaja Cheng-Yang Liu Taiwanin kansallisesta Yang-Ming Chiao Tung -yliopistosta sanoi, "Jatkokehityksen myötä se voi johtaa parempiin kotona käytettäviin lääketieteellisiin valvontalaitteisiin ja hoitopisteiden diagnostiikka- ja testauslaitteisiin."
Tutkijat testasivat antureiden toistettavuutta ja vakautta mittaamalla liuoksia, joissa oli tuntemattomia fruktoosi-, sakkaroosi- tai glukoosi sokereita huoneenlämmössä. He määrittelivät anturin suorituskyvyn kvantitatiivisesti vertaamalla anturin tuottamia valon intensiteettispektrejä kaupallisella refraktometrillä saatuihin taitekerroinmittauksiin. Anturi pystyi sekä tunnistamaan sokerityypin liuoksessa että antamaan lukeman pitoisuudesta.
Liu sanoi, "Saavuttamamme mittaustarkkuus ja tunnistusherkkyys viittaavat siihen, että anturi pystyy arvioimaan tarkasti tuntemattoman sokeriliuoksen pitoisuuden. Lisäksi ehdottamamme anturin tunnistusherkkyys kattaa täysin ihmisveren sokeripitoisuuksien alueen."
Lehden viite:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et ai. Bioyhteensopiva hämähäkkisilkkipohjainen metalli-dielektrinen kuituoptinen sokerisensori. Biolääketieteen optiikka Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
