Spinzijde heeft superieure eigenschappen zoals elasticiteit, treksterkte, biologische afbreekbaarheid en biocompatibiliteit. Vanwege deze eigenschappen zijn verschillende optische componenten die in biomedische toepassingen worden gebruikt, vervaardigd met behulp van spinnenzijde.
In deze studie hebben onderzoekers van het Taiwan Instrument Research Institute en de Taipei Medical University een zeer gevoelige glasvezel ontwikkeld suikersensor door gebruik te maken van de lichtgeleidende eigenschappen van spinnenzijde. De sensor kan kleine veranderingen in de brekingsindex van een biologische oplossing detecteren en meten, inclusief glucose en andere soorten suikeroplossingen.
Onderzoeksteamleider Cheng-Yang Liu van de Nationale Yang-Ming Chiao Tung Universiteit in Taiwan zei: “Glucosesensoren zijn cruciaal voor mensen met diabetes, maar deze apparaten zijn vaak invasief, ongemakkelijk en niet kostenefficiënt. Met spinnenzijde Omdat we de aandacht trokken vanwege zijn superieure optomechanische eigenschappen, wilden we onderzoeken hoe we dit biocompatibele materiaal konden gebruiken om verschillende suikerconcentraties in realtime optisch te detecteren.”
De sensor is praktisch, herbruikbaar, compact, biocompatibel, kosteneffectief en zeer gevoelig. Het kan worden gebruikt om concentraties fructose, sucrose en glucosesuikers te bepalen op basis van veranderingen in de brekingsindex van een oplossing. Omdat het compact is, kan het toegang bieden tot moeilijk bereikbare plaatsen zoals de hersenen en hart-.
Om de sensor te ontwikkelen, gebruikten onderzoekers de dragline-spinnenzijde van de gigantische houtspin nephila pilipes. De zijde, die een diameter heeft van slechts 10 micron, werd ingekapseld in een biocompatibele, door licht uithardbare hars voordat deze werd uitgehard om een glad beschermend oppervlak te creëren. Als resultaat werd een optische vezelstructuur met een diameter van 100 micron gemaakt, met spinnenzijde als kern en hars als bekleding. Vervolgens verbeterden ze de detectiemogelijkheden van de vezel door deze te coaten met een biocompatibele nanolaag van goud.
Deze procedure produceerde een draadachtige structuur met twee uiteinden. De vezel werd aan het ene uiteinde vastgemaakt aan een lichtbron en een spectrometer, en het andere uiteinde werd voor meetdoeleinden ondergedompeld in een vloeibaar monster. Hierdoor konden de onderzoekers de brekingsindex van de oplossing identificeren en deze gebruiken om het soort suiker en de concentratie ervan vast te stellen.
Onderzoeksteamleider Cheng-Yang Liu van de Nationale Yang-Ming Chiao Tung Universiteit in Taiwan zei: “Met verdere ontwikkeling zou dit kunnen leiden tot betere medische monitoringapparatuur thuis en point-of-care diagnostische en testapparatuur.”
De onderzoekers testten de herhaalbaarheid en stabiliteit van de sensoren door oplossingen te meten met onbekende concentraties fructose, sucrose of glucose suikers op kamertemperatuur. Ze bepaalden de prestaties van de sensor kwantitatief door de door de sensor geproduceerde lichtintensiteitsspectra te vergelijken met brekingsindexmetingen verkregen met een commerciële refractometer. De sensor kon zowel het type suiker in de oplossing identificeren als de concentratie uitlezen.
Liu zei, “De meetprecisie en detectiegevoeligheid die we hebben bereikt, suggereert dat de sensor de concentratie van een onbekende suikeroplossing nauwkeurig kan schatten. Bovendien omvat de detectiegevoeligheid van onze voorgestelde sensor volledig het bereik van de suikerconcentraties die in menselijk bloed worden aangetroffen.”
Journal Reference:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biocompatibele op spinnenzijde gebaseerde metaal-diëlektrische glasvezelsuikersensor. Biomedische Optica Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
