A pókselyem kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mint például rugalmasság, szakítószilárdság, biológiai lebonthatóság és biokompatibilitás. Ezen tulajdonságok miatt az orvosbiológiai alkalmazásokban használt különféle optikai alkatrészeket pók selyem felhasználásával gyártották.
Ebben a tanulmányban a Tajvani Műszerkutató Intézet és a Tajpeji Orvosi Egyetem kutatói rendkívül érzékeny száloptikát fejlesztettek ki cukorérzékelő a pókselyem fényvezető tulajdonságainak kihasználásával. Az érzékelő képes észlelni és mérni a biológiai oldatok törésmutatójának kis változásait, beleértve a glükózt és más típusú cukoroldatokat is.
A kutatócsoport vezetője, Cheng-Yang Liu, a tajvani Yang-Ming Chiao Tung Nemzeti Egyetemről elmondta: „A glükózérzékelők létfontosságúak a cukorbetegek számára, de ezek az eszközök általában invazívak, kényelmetlenek és nem költséghatékonyak. Val vel pókselyem Kiváló optomechanikai tulajdonságai miatt fel akartuk hívni a figyelmet ennek a biokompatibilis anyagnak a felhasználásával a különféle cukorkoncentrációk valós idejű optikai kimutatására.”
Az érzékelő praktikus, újrafelhasználható, kompakt, biokompatibilis, költséghatékony és rendkívül érzékeny. Használható a fruktóz, szacharóz és glükózcukor koncentrációjának meghatározására az oldat törésmutatójának változása alapján. Mivel kompakt, lehetővé teszi a nehezen elérhető helyekhez való hozzáférést, mint pl agy és a szív.
Az érzékelő kifejlesztéséhez a kutatók az óriás pók pókhálóját használták fel Nephila pilipes. A mindössze 10 mikron átmérőjű selymet biológiailag kompatibilis, fényre keményedő gyantával burkolták, mielőtt kikeményítették, hogy sima védőfelületet hozzanak létre. Ennek eredményeként egy 100 mikron átmérőjű optikai szál szerkezet készült, melynek magja pókselyem, burkolata gyanta szolgált. Ezt követően egy biokompatibilis arany nanoréteggel vonták be a szál érzékelési képességeit.
Ezzel az eljárással kétvégű, cérnaszerű szerkezet jött létre. A szálat egyik végén fényforráshoz és spektrométerhez erősítették, a másik végét pedig mérési célból folyadékmintába merítették. Ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy azonosítsák az oldat törésmutatóját, és ennek alapján állapítsák meg a cukor fajtáját és koncentrációját.
A kutatócsoport vezetője, Cheng-Yang Liu, a tajvani Yang-Ming Chiao Tung Nemzeti Egyetemről elmondta: "További fejlesztéssel jobb otthoni orvosi megfigyelő eszközökhöz, valamint gondozási diagnosztikai és tesztelő eszközökhöz vezethet."
A kutatók az érzékelők ismételhetőségét és stabilitását ismeretlen koncentrációjú fruktóz-, szacharóz-, ill. szőlőcukor cukrok szobahőmérsékleten. Kvantitatívan meghatározták az érzékelő teljesítményét az érzékelő által előállított fényintenzitás-spektrumok és a kereskedelemben kapható refraktométerrel kapott törésmutató mérések összehasonlításával. Az érzékelő képes volt azonosítani az oldatban lévő cukor típusát, és leolvasni a koncentrációt.
Liu mondott, „Az általunk elért mérési pontosság és érzékelési érzékenység arra utal, hogy az érzékelő pontosan meg tudja becsülni egy ismeretlen cukoroldat koncentrációját. Ezenkívül a javasolt érzékelőnk érzékelési érzékenysége teljes mértékben lefedi az emberi vérben található cukorkoncentráció tartományát.”
Journal Reference:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biokompatibilis pók selyem alapú fém-dielektromos száloptikai cukorérzékelő. Biomedical Optics Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
