Mătasea de păianjen are proprietăți superioare, cum ar fi elasticitatea, rezistența la tracțiune, biodegradabilitatea și biocompatibilitatea. Datorită acestor proprietăți, diferite componente optice folosite în aplicații biomedicale au fost fabricate folosind mătase de păianjen.
În acest studiu, cercetătorii de la Taiwan Instrument Research Institute și Taipei Medical University au dezvoltat o fibră optică foarte sensibilă senzor de zahăr prin valorificarea proprietăților de ghidare a luminii ale mătăsii de păianjen. Senzorul poate detecta și măsura mici modificări ale indicelui de refracție al unei soluții biologice, inclusiv glucoză și alte tipuri de soluții de zahăr.
Liderul echipei de cercetare Cheng-Yang Liu de la Universitatea Națională Yang-Ming Chiao Tung din Taiwan a spus: „Senzorii de glucoză sunt esențiali pentru persoanele cu diabet zaharat, dar aceste dispozitive tind să fie invazive, incomode și să nu fie rentabile. Cu mătase de păianjen atrăgând atenția pentru proprietățile sale optomecanice superioare, am vrut să explorăm utilizarea acestui material biocompatibil pentru a detecta diferite concentrații de zahăr în timp real optic.”
Senzorul este practic, reutilizabil, compact, biocompatibil, rentabil și foarte sensibil. Poate fi folosit pentru a determina concentrațiile de fructoză, zaharoză și glucoză pe baza modificărilor indicelui de refracție al unei soluții. Deoarece este compact, ar putea permite accesul în zone greu accesibile, cum ar fi creier și inimă.
Pentru a dezvolta senzorul, cercetătorii au valorificat mătasea de păianjen dragline de la păianjenul de lemn uriaș Nephila pilipes. Mătasea, care are un diametru de doar 10 microni, a fost învelită într-o rășină fotocurabilă biocompatibilă înainte de a fi întărită pentru a crea o suprafață de protecție netedă. Ca rezultat, a fost realizată o structură de fibră optică cu diametrul de 100 de microni, cu mătase de păianjen servind ca miez și rășină ca placare. Apoi au îmbunătățit capacitățile de detectare ale fibrei, acoperind-o cu un nanostrat de aur biocompatibil.
Această procedură a produs o structură cu două capete, asemănătoare unui fir. Fibra a fost atașată la o sursă de lumină și un spectrometru la un capăt, iar celălalt capăt a fost scufundat într-o probă lichidă pentru măsurare. Acest lucru a permis cercetătorilor să identifice indicele de refracție al soluției și să-l folosească pentru a stabili tipul de zahăr și concentrația acestuia.
Liderul echipei de cercetare Cheng-Yang Liu de la Universitatea Națională Yang-Ming Chiao Tung din Taiwan a spus: „Odată cu dezvoltarea ulterioară, ar putea duce la dispozitive de monitorizare medicală la domiciliu și la dispozitive de diagnostic și testare la punctul de îngrijire mai bune.”
Cercetătorii au testat repetabilitatea și stabilitatea senzorilor prin măsurarea soluțiilor cu concentrații necunoscute de fructoză, zaharoză sau glucoză zaharuri la temperatura camerei. Ei au determinat cantitativ performanța senzorului prin compararea spectrelor de intensitate a luminii produse de senzor cu măsurătorile indicelui de refracție obținute cu un refractometru comercial. Senzorul a putut să identifice atât tipul de zahăr din soluție, cât și să ofere o citire a concentrației.
Liu a spus, „Precizia măsurării și sensibilitatea de detectare pe care le-am obținut sugerează că senzorul poate estima cu exactitate concentrația unei soluții de zahăr necunoscute. Mai mult decât atât, sensibilitatea de detectare pentru senzorul propus de noi cuprinde complet gama de concentrații de zahăr găsite în sângele uman.”
Referința jurnalului:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong și colab. Senzor de zahăr din fibră optică metal-dielectrică biocompatibil pe bază de mătase de păianjen. Optica Biomedicala Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
