ใยแมงมุมมีคุณสมบัติที่เหนือกว่า เช่น ความยืดหยุ่น ความต้านทานแรงดึง การย่อยสลายทางชีวภาพ และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ ส่วนประกอบทางแสงต่างๆ ที่ใช้ในงานด้านชีวการแพทย์จึงถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้ใยแมงมุม
ในการศึกษานี้ นักวิจัยจากสถาบันวิจัยเครื่องมือแห่งไต้หวันและมหาวิทยาลัยการแพทย์ไทเปได้พัฒนาใยแก้วนำแสงที่มีความไวสูง เซ็นเซอร์น้ำตาล โดยอาศัยคุณสมบัตินำแสงของใยแมงมุม เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับและวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในดัชนีการหักเหของสารละลายทางชีวภาพ ซึ่งรวมถึงกลูโคสและสารละลายน้ำตาลประเภทอื่นๆ
หัวหน้าทีมวิจัย Cheng-Yang Liu จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติ Yang-Ming Chiao Tung ในไต้หวันกล่าวว่า “เซ็นเซอร์กลูโคสมีความสำคัญต่อผู้ป่วยโรคเบาหวาน แต่อุปกรณ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะรุกราน ไม่สบายตัว และไม่คุ้มต้นทุน กับ ใยแมงมุม เพื่อดึงดูดความสนใจจากคุณสมบัติทางออพโตเมติกส์ที่เหนือกว่า เราต้องการสำรวจการใช้วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพนี้เพื่อตรวจจับความเข้มข้นของน้ำตาลต่างๆ ในเชิงแสงแบบเรียลไทม์”
เซ็นเซอร์นี้ใช้งานได้จริง นำกลับมาใช้ใหม่ได้ กะทัดรัด เข้ากันได้ทางชีวภาพ คุ้มค่า และมีความไวสูง สามารถใช้หาความเข้มข้นของฟรุกโตส ซูโครส และน้ำตาลกลูโคส โดยอิงจากการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงของสารละลาย เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัด จึงสามารถเข้าถึงพื้นที่ที่เข้าถึงยาก เช่น สมอง และ หัวใจ.
ในการพัฒนาเซ็นเซอร์ นักวิจัยได้ควบคุมใยแมงมุมลากจากแมงมุมไม้ยักษ์ เนฟิลา พิลิเปส. ผ้าไหมซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 10 ไมครอน ถูกห่อหุ้มด้วยเรซินที่เข้ากันกับแสงได้ทางชีวภาพ ก่อนที่จะนำไปบ่มเพื่อสร้างพื้นผิวป้องกันที่เรียบเนียน ผลลัพธ์ที่ได้คือ โครงสร้างไฟเบอร์ออปติกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ไมครอนถูกสร้างขึ้น โดยมีใยแมงมุมทำหน้าที่เป็นแกนกลางและมีเรซินเป็นตัวหุ้ม จากนั้นพวกเขาก็เพิ่มความสามารถในการตรวจจับของไฟเบอร์ด้วยการเคลือบด้วยชั้นนาโนของทองคำที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
ขั้นตอนนี้ทำให้เกิดโครงสร้างคล้ายด้ายสองปลาย เส้นใยติดอยู่กับแหล่งกำเนิดแสงและสเปกโตรมิเตอร์ที่ปลายด้านหนึ่ง และปลายอีกด้านหนึ่งจมอยู่ในตัวอย่างของเหลวเพื่อการตรวจวัด ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุดัชนีการหักเหของแสงของสารละลาย และใช้เพื่อยืนยันชนิดของน้ำตาลและความเข้มข้นของน้ำตาลได้
หัวหน้าทีมวิจัย Cheng-Yang Liu จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติ Yang-Ming Chiao Tung ในไต้หวันกล่าวว่า “ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม อาจนำไปสู่อุปกรณ์ติดตามทางการแพทย์ที่บ้าน และอุปกรณ์วินิจฉัยและทดสอบ ณ จุดดูแลที่ดียิ่งขึ้น”
นักวิจัยได้ทดสอบความสามารถในการทำซ้ำและความเสถียรของเซ็นเซอร์โดยการวัดสารละลายที่ไม่ทราบความเข้มข้นของฟรุกโตส ซูโครส หรือ กลูโคส น้ำตาลที่อุณหภูมิห้อง พวกเขาพิจารณาประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ในเชิงปริมาณโดยการเปรียบเทียบสเปกตรัมความเข้มแสงที่สร้างโดยเซ็นเซอร์กับการวัดดัชนีการหักเหของแสงที่ได้จากเครื่องวัดการหักเหของแสงเชิงพาณิชย์ เซ็นเซอร์สามารถระบุประเภทของน้ำตาลในสารละลายและอ่านค่าความเข้มข้นได้
หลิว กล่าวว่า, “ความแม่นยำในการวัดและความไวในการตรวจจับที่เราได้รับ แสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์สามารถประมาณความเข้มข้นของสารละลายน้ำตาลที่ไม่รู้จักได้อย่างแม่นยำ ยิ่งไปกว่านั้น ความไวในการตรวจจับสำหรับเซ็นเซอร์ที่เราเสนอนั้นครอบคลุมช่วงความเข้มข้นของน้ำตาลในเลือดที่พบในเลือดมนุษย์อย่างสมบูรณ์”
การอ้างอิงวารสาร:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong และคณะ เซ็นเซอร์น้ำตาลไฟเบอร์ออปติกไฟเบอร์โลหะไดอิเล็กทริกที่ใช้ใยแมงมุมที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ชีวเวชศาสตร์ออพติกส์เอ็กซ์เพรส, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
