משי עכביש מציג תכונות מעולות כגון גמישות, חוזק מתיחה, מתכלה ביולוגית ותאימות ביולוגית. בגלל תכונות אלה, רכיבים אופטיים שונים המשמשים ביישומים ביו-רפואיים יוצרו באמצעות משי עכביש.
במחקר זה, חוקרים ממכון המחקר טייוואן מכשירים ומהאוניברסיטה הרפואית של טייפה פיתחו סיב אופטי רגיש במיוחד חיישן סוכר על ידי רתימת התכונות מנחות האור של משי עכביש. החיישן יכול לזהות ולמדוד שינויים קטנים באינדקס השבירה של תמיסה ביולוגית, כולל גלוקוז וסוגים אחרים של תמיסות סוכר.
מנהיג צוות המחקר צ'נג-יאנג ליו מאוניברסיטת יאנג-מינג צ'יאו טונג הלאומית בטייוואן אמר, "חיישני גלוקוז הם חיוניים לאנשים עם סוכרת, אבל מכשירים אלה נוטים להיות פולשניים, לא נוחים ולא חסכוניים. עם משי עכביש משך תשומת לב בזכות התכונות האופטו-מכניות המעולות שלו, רצינו לחקור את השימוש בחומר התואם ביולוגי זה כדי לזהות ריכוזי סוכר שונים בזמן אמת באופן אופטי."
החיישן מעשי, לשימוש חוזר, קומפקטי, תואם ביולוגי, חסכוני ורגיש ביותר. ניתן להשתמש בו כדי לקבוע ריכוזים של סוכרי פרוקטוז, סוכרוז וגלוקוז על סמך שינויים באינדקס השבירה של התמיסה. מכיוון שהוא קומפקטי, הוא יכול לאפשר גישה לאזורים שקשה להגיע אליהם כמו מוֹחַ ו לֵב.
כדי לפתח את החיישן, החוקרים רתמו את משי העכביש הדראגליין מעכביש העץ הענק נפילה פיליפס. המשי, שקוטרו 10 מיקרון בלבד, היה עטוף בשרף ניתן לריפוי ביולוגי לפני ריפוי ליצירת משטח מגן חלק. כתוצאה מכך, נוצר מבנה סיבים אופטיים בקוטר 100 מיקרון, כאשר משי עכביש משמש הליבה ושרף כחיפוי. לאחר מכן הם שיפרו את יכולות החישה של הסיב על ידי ציפויו בשכבת ננו-ביולוגית של זהב.
הליך זה יצר מבנה בעל שני קצוות דמוי חוט. הסיב הוצמד למקור אור ולספקטרומטר בקצה אחד, והקצה השני היה שקוע בדגימה נוזלית למטרות מדידה. זה איפשר לחוקרים לזהות את מקדם השבירה של התמיסה ולברר באמצעותו את סוג הסוכר וריכוזו.
מנהיג צוות המחקר צ'נג-יאנג ליו מאוניברסיטת יאנג-מינג צ'יאו טונג הלאומית בטייוואן אמר, "עם פיתוח נוסף, זה יכול להוביל למכשירי ניטור רפואיים טובים יותר בבית ולמכשירי אבחון ובדיקה נקודתי טיפול."
החוקרים בדקו את יכולת החזרה והיציבות של החיישנים על ידי מדידת תמיסות עם ריכוזים לא ידועים של פרוקטוז, סוכרוז או גלוקוז סוכרים בטמפרטורת החדר. הם קבעו באופן כמותי את ביצועי החיישן על ידי השוואת ספקטרום עוצמת האור המיוצר על ידי החיישן עם מדידות אינדקס השבירה שנרכשו עם רפרקטומטר מסחרי. החיישן הצליח לזהות גם את סוג הסוכר בתמיסה וגם לספק קריאה של הריכוז.
יו אמר, "דיוק המדידה ורגישות החישה שהשגנו מצביעים על כך שהחיישן יכול להעריך במדויק את הריכוז של תמיסת סוכר לא ידועה. יתרה מכך, רגישות החישה עבור החיישן המוצע שלנו מקיפה לחלוטין את טווח ריכוזי הסוכר שנמצאו בדם אנושי".
עיון ביומן:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. חיישן סוכר סיבים אופטיים מתכת-דיאלקטריים על בסיס משי עכביש תואם ביולוגי. אקספרס ביו-רפואי, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
