Шелк паука обладает превосходными свойствами, такими как эластичность, прочность на разрыв, биоразлагаемость и биосовместимость. Из-за этих свойств различные оптические компоненты, используемые в биомедицинских приложениях, были изготовлены с использованием паучьего шелка.
В этом исследовании исследователи из Тайваньского научно-исследовательского института приборостроения и Тайбэйского медицинского университета разработали высокочувствительный оптоволоконный кабель. датчик сахара используя светопроводящие свойства шелка паука. Датчик может обнаруживать и измерять небольшие изменения показателя преломления биологического раствора, включая глюкозу и другие типы растворов сахара.
Руководитель исследовательской группы Ченг-Ян Лю из Национального университета Ян-Мин Цзяодун на Тайване сказал: «Датчики глюкозы имеют решающее значение для людей с диабетом, но эти устройства, как правило, инвазивны, неудобны и нерентабельны. С шелковый шелк привлекая внимание своими превосходными оптомеханическими свойствами, мы хотели изучить возможность использования этого биосовместимого материала для оптического обнаружения различных концентраций сахара в режиме реального времени».
Датчик практичный, многоразовый, компактный, биосовместимый, экономичный и высокочувствительный. Его можно использовать для определения концентрации фруктозы, сахарозы и сахаров глюкозы на основе изменений показателя преломления раствора. Поскольку он компактен, он может обеспечить доступ к труднодоступным местам, таким как мозг и сердце.
Для разработки датчика исследователи использовали паутину драглайна гигантского деревянного паука. Нефила пилипс. Шелк диаметром всего 10 микрон был заключен в биосовместимую фотоотверждаемую смолу перед отверждением для создания гладкой защитной поверхности. В результате была изготовлена структура оптического волокна диаметром 100 микрон, в которой шелк паука служил сердцевиной, а смола - оболочкой. Затем они улучшили сенсорные возможности волокна, покрыв его биосовместимым нанослоем золота.
Эта процедура дала двустороннюю нитевидную структуру. Волокно крепилось к источнику света и спектрометру одним концом, а другой конец был погружен в жидкий образец для целей измерения. Это позволило исследователям определить показатель преломления раствора и использовать его для определения типа сахара и его концентрации.
Руководитель исследовательской группы Ченг-Ян Лю из Национального университета Ян-Мин Цзяодун на Тайване сказал: «При дальнейшем развитии это может привести к созданию более качественных устройств для медицинского мониторинга на дому, а также устройств для диагностики и тестирования в местах оказания медицинской помощи».
Исследователи проверили воспроизводимость и стабильность датчиков, измерив растворы с неизвестными концентрациями фруктозы, сахарозы или глюкоза сахара при комнатной температуре. Они количественно определили характеристики датчика, сравнив спектры интенсивности света, создаваемые датчиком, с измерениями показателя преломления, полученными с помощью коммерческого рефрактометра. Датчик смог как определить тип сахара в растворе, так и дать показания концентрации.
Лю — сказал, «Точность измерений и чувствительность датчиков, которых мы достигли, позволяют предположить, что датчик может точно оценить концентрацию неизвестного раствора сахара. Более того, чувствительность предлагаемого нами сенсора полностью охватывает диапазон концентраций сахара в крови человека».
Справочник журнала:
- Хсуан-Пей Э., Джелен Антониколь Нган Конг и др. Металлодиэлектрический волоконно-оптический датчик сахара на основе биосовместимого шелка паука. Биомедицинская оптика Экспресс, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/БОЭ.462573
