La seta del ragno presenta proprietà superiori come elasticità, resistenza alla trazione, biodegradabilità e biocompatibilità. A causa di queste proprietà, vari componenti ottici utilizzati nelle applicazioni biomediche sono stati fabbricati utilizzando la seta di ragno.
In questo studio, i ricercatori del Taiwan Instrument Research Institute e della Taipei Medical University hanno sviluppato una fibra ottica altamente sensibile sensore dello zucchero sfruttando le proprietà di guida della luce della seta del ragno. Il sensore può rilevare e misurare piccoli cambiamenti nell'indice di rifrazione di una soluzione biologica, incluso glucosio e altri tipi di soluzioni zuccherine.
Il leader del gruppo di ricerca Cheng-Yang Liu dell'Università Nazionale Yang-Ming Chiao Tung di Taiwan ha dichiarato: “I sensori del glucosio sono fondamentali per le persone con diabete, ma questi dispositivi tendono ad essere invasivi, scomodi e non convenienti. Con seta di ragno attirando l’attenzione per le sue proprietà optomeccaniche superiori, abbiamo voluto esplorare l’utilizzo di questo materiale biocompatibile per rilevare otticamente varie concentrazioni di zucchero in tempo reale”.
Il sensore è pratico, riutilizzabile, compatto, biocompatibile, economico e altamente sensibile. Può essere utilizzato per determinare le concentrazioni di fruttosio, saccarosio e zuccheri glucosio in base ai cambiamenti nell'indice di rifrazione di una soluzione. Poiché è compatto, potrebbe consentire l'accesso ad aree difficili da raggiungere come cervello ed cuore.
Per sviluppare il sensore, i ricercatori hanno sfruttato la seta del ragno dragline del gigantesco ragno di legno Nephila pilepes. La seta, che ha un diametro di soli 10 micron, è stata racchiusa in una resina fotoindurente biocompatibile prima di essere polimerizzata per creare una superficie protettiva liscia. Di conseguenza, è stata realizzata una struttura in fibra ottica di 100 micron di diametro, con la seta di ragno che fungeva da nucleo e la resina da rivestimento. Hanno poi migliorato le capacità di rilevamento della fibra rivestendola con un nanostrato d'oro biocompatibile.
Questa procedura ha prodotto una struttura filiforme a due estremità. La fibra era collegata a una sorgente luminosa e a uno spettrometro su un'estremità, mentre l'altra estremità era immersa in un campione liquido a scopo di misurazione. Ciò ha permesso ai ricercatori di identificare l'indice di rifrazione della soluzione e di utilizzarlo per accertare il tipo di zucchero e la sua concentrazione.
Il leader del gruppo di ricerca Cheng-Yang Liu dell'Università Nazionale Yang-Ming Chiao Tung di Taiwan ha dichiarato: “Con un ulteriore sviluppo, potrebbe portare a migliori dispositivi di monitoraggio medico a domicilio e a dispositivi diagnostici e di test presso il punto di cura”.
I ricercatori hanno testato la ripetibilità e la stabilità dei sensori misurando soluzioni con concentrazioni sconosciute di fruttosio, saccarosio o glucosio zuccheri a temperatura ambiente. Hanno determinato quantitativamente le prestazioni del sensore confrontando gli spettri di intensità della luce prodotti dal sensore con le misurazioni dell'indice di rifrazione acquisite con un rifrattometro commerciale. Il sensore è stato in grado sia di identificare il tipo di zucchero nella soluzione sia di fornire una lettura della concentrazione.
Liu disse, “La precisione di misurazione e la sensibilità di rilevamento che abbiamo raggiunto suggeriscono che il sensore può stimare con precisione la concentrazione di una soluzione zuccherina sconosciuta. Inoltre, la sensibilità di rilevamento del sensore da noi proposto comprende completamente la gamma di concentrazioni di zucchero presenti nel sangue umano”.
Riferimento della Gazzetta:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Sensore di zucchero in fibra ottica con dielettrico metallico a base di seta di ragno biocompatibile. Ottica biomedica Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
