Spindelsilke har överlägsna egenskaper som elasticitet, draghållfasthet, biologisk nedbrytbarhet och biokompatibilitet. På grund av dessa egenskaper har olika optiska komponenter som används i biomedicinska tillämpningar tillverkats med spindelsilke.
I denna studie har forskare från Taiwan Instrument Research Institute och Taipei Medical University utvecklat en mycket känslig fiberoptik sockersensor genom att utnyttja de ljusledande egenskaperna hos spindelsilket. Sensorn kan upptäcka och mäta små förändringar i brytningsindex för en biologisk lösning, inklusive glukos och andra typer av sockerlösningar.
Forskargruppsledare Cheng-Yang Liu från National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sa, "Glukossensorer är avgörande för personer med diabetes, men dessa enheter tenderar att vara invasiva, obekväma och inte kostnadseffektiva. Med spindel siden Vi väckte uppmärksamhet för sina överlägsna optomekaniska egenskaper och ville utforska att använda detta biokompatibla material för att detektera olika sockerkoncentrationer i realtid optiskt."
Sensorn är praktisk, återanvändbar, kompakt, biokompatibel, kostnadseffektiv och mycket känslig. Det kan användas för att bestämma koncentrationer av fruktos, sackaros och glukossocker baserat på förändringar i en lösnings brytningsindex. Eftersom den är kompakt kan den ge tillgång till svåråtkomliga områden som t.ex hjärna och hjärta.
För att utveckla sensorn utnyttjade forskare dragline-spindelsilke från den gigantiska träspindeln nephila pilipes. Silket, som har en diameter på endast 10 mikron, inkapslades i ett biokompatibelt fotohärdbart harts innan det härdades för att skapa en slät skyddande yta. Som ett resultat gjordes en optisk fiberstruktur med en diameter på 100 mikron, med spindelsilke som kärna och harts som beklädnad. De förbättrade sedan fiberns avkänningsförmåga genom att belägga den med ett biokompatibelt nanolager av guld.
Denna procedur gav en tvåänds, trådliknande struktur. Fibern fästes vid en ljuskälla och en spektrometer i ena änden, och den andra änden nedsänktes i ett vätskeprov för mätändamål. Detta gjorde det möjligt för forskarna att identifiera lösningens brytningsindex och använda det för att fastställa typen av socker och dess koncentration.
Forskargruppsledare Cheng-Yang Liu från National Yang-Ming Chiao Tung University i Taiwan sa, "Med ytterligare utveckling kan det leda till bättre medicinska övervakningsanordningar för hemmabruk och diagnostik- och testanordningar på plats."
Forskarna testade sensorernas repeterbarhet och stabilitet genom att mäta lösningar med okända koncentrationer av fruktos, sackaros eller glukos socker vid rumstemperatur. De bestämde kvantitativt sensorns prestanda genom att jämföra ljusintensitetsspektra som produceras av sensorn med brytningsindexmätningar som förvärvats med en kommersiell refraktometer. Sensorn kunde både identifiera typen av socker i lösningen och ge en avläsning av koncentrationen.
Liu sade, "Mätningsprecisionen och avkänningskänsligheten vi uppnådde tyder på att sensorn exakt kan uppskatta koncentrationen av en okänd sockerlösning. Dessutom omfattar avkänningskänsligheten för vår föreslagna sensor helt intervallet av sockerkoncentrationer som finns i mänskligt blod."
Tidskriftsreferens:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Biokompatibel spindelsilkebaserad metall-dielektrisk fiberoptisk sockersensor. Biomedicinsk optik Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
