Edderkoppsilke har overlegne egenskaper som elastisitet, strekkstyrke, biologisk nedbrytbarhet og biokompatibilitet. På grunn av disse egenskapene har forskjellige optiske komponenter brukt i biomedisinske applikasjoner blitt fremstilt ved bruk av edderkoppsilke.
I denne studien har forskere fra Taiwan Instrument Research Institute og Taipei Medical University utviklet en svært følsom fiberoptikk sukker sensor ved å utnytte de lysledende egenskapene til edderkoppsilke. Sensoren kan oppdage og måle små endringer i brytningsindeksen til en biologisk løsning, inkludert glukose og andre typer sukkerløsninger.
Forskningsteamleder Cheng-Yang Liu fra National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sa: "Glukosesensorer er avgjørende for personer med diabetes, men disse enhetene har en tendens til å være invasive, ubehagelige og ikke kostnadseffektive. Med edderkoppsilke Vi tiltrakk oss oppmerksomhet for sine overlegne optomekaniske egenskaper, og ønsket å utforske bruken av dette biokompatible materialet for å oppdage ulike sukkerkonsentrasjoner i sanntid optisk."
Sensoren er praktisk, gjenbrukbar, kompakt, biokompatibel, kostnadseffektiv og svært følsom. Den kan brukes til å bestemme konsentrasjoner av fruktose, sukrose og glukosesukker basert på endringer i en løsnings brytningsindeks. Siden den er kompakt, kan den gi tilgang til vanskelig tilgjengelige områder som f hjerne og hjerte.
For å utvikle sensoren utnyttet forskerne dragline-edderkoppsilken fra den gigantiske treedderkoppen Nephila pilipes. Silken, som har en diameter på bare 10 mikron, ble innkapslet i en biokompatibel fotoherdbar harpiks før den ble herdet for å skape en jevn beskyttende overflate. Som et resultat ble det laget en optisk fiberstruktur med en diameter på 100 mikron, med edderkoppsilke som kjerne og harpiks som kledning. De forbedret deretter fiberens sanseevne ved å belegge den med et biokompatibelt nanolag av gull.
Denne prosedyren ga en to-endet, trådlignende struktur. Fiberen ble festet til en lyskilde og et spektrometer i den ene enden, og den andre enden ble nedsenket i en væskeprøve for måleformål. Dette gjorde det mulig for forskerne å identifisere løsningens brytningsindeks og bruke den til å finne ut hva slags sukker og dens konsentrasjon.
Forskningsteamleder Cheng-Yang Liu fra National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sa: "Med videre utvikling kan det føre til bedre hjemmemedisinsk overvåkingsutstyr og diagnostikk- og testutstyr."
Forskerne testet sensorenes repeterbarhet og stabilitet ved å måle løsninger med ukjente konsentrasjoner av fruktose, sukrose eller glukose sukker ved romtemperatur. De bestemte kvantitativt sensorens ytelse ved å sammenligne lysintensitetsspektra produsert av sensoren med brytningsindeksmålinger oppnådd med et kommersielt refraktometer. Sensoren var i stand til både å identifisere typen sukker i løsningen og gi en avlesning av konsentrasjonen.
Liu sa, "Målingspresisjonen og sansefølsomheten vi oppnådde antyder at sensoren nøyaktig kan estimere konsentrasjonen av en ukjent sukkerløsning. Dessuten omfatter sansefølsomheten for vår foreslåtte sensor fullstendig spekteret av sukkerkonsentrasjoner som finnes i menneskelig blod."
Tidsreferanse:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biokompatibel edderkoppsilkebasert metall-dielektrisk fiberoptisk sukkersensor. Biomedisinsk optikkekspress, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
