Örümcek ipeği elastikiyet, gerilme mukavemeti, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve biyouyumluluk gibi üstün özelliklere sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı biyomedikal uygulamalarda kullanılan çeşitli optik bileşenler örümcek ipeği kullanılarak üretilmiştir.
Bu çalışmada Tayvan Enstrüman Araştırma Enstitüsü ve Taipei Tıp Üniversitesi'nden araştırmacılar son derece hassas bir fiber optik geliştirdiler. şeker sensörü örümcek ipeğinin ışık yönlendirme özelliklerinden yararlanarak. Sensör, glikoz ve diğer şeker çözeltileri türleri de dahil olmak üzere biyolojik bir çözeltinin kırılma indeksindeki küçük değişiklikleri tespit edip ölçebilir.
Tayvan'daki Ulusal Yang-Ming Chiao Tung Üniversitesi'nden araştırma ekibi lideri Cheng-Yang Liu şunları söyledi: "Glikoz sensörleri diyabetli insanlar için çok önemlidir, ancak bu cihazlar genellikle invazif, rahatsız edici ve uygun maliyetli olma eğilimindedir. İle örümcek ipeği Üstün optomekanik özellikleriyle dikkat çeken bu biyouyumlu malzemenin çeşitli şeker konsantrasyonlarını gerçek zamanlı olarak optik olarak tespit etmek için kullanımını araştırmak istedik."
Sensör pratik, yeniden kullanılabilir, kompakt, biyouyumlu, uygun maliyetli ve son derece hassastır. Bir çözeltinin kırılma indeksindeki değişikliklere dayalı olarak fruktoz, sakkaroz ve glikoz şekerlerinin konsantrasyonlarını belirlemek için kullanılabilir. Kompakt olduğundan ulaşılması zor alanlara erişime izin verebilir. beyin ve kalp.
Sensörü geliştirmek için araştırmacılar, dev ahşap örümceğin çekme halatı örümcek ipeğinden yararlandı Nephila tüyleri. Çapı yalnızca 10 mikron olan ipek, pürüzsüz bir koruyucu yüzey oluşturmak için kürlenmeden önce biyouyumlu, ışıkla kürlenebilen bir reçineyle kaplandı. Sonuç olarak, çekirdek olarak örümcek ipeği ve kaplama olarak reçinenin kullanıldığı 100 mikron çapında bir optik fiber yapı oluşturuldu. Daha sonra fiberi biyouyumlu bir nano altın tabakasıyla kaplayarak fiberin algılama yeteneklerini geliştirdiler.
Bu prosedür iki uçlu, iplik benzeri bir yapı üretti. Fiberin bir ucu bir ışık kaynağına ve bir spektrometreye bağlandı, diğer ucu ise ölçüm amacıyla sıvı bir numuneye batırıldı. Bu, araştırmacıların çözeltinin kırılma indeksini tanımlamasını ve bunu şekerin türünü ve konsantrasyonunu belirlemek için kullanmasını mümkün kıldı.
Tayvan'daki Ulusal Yang-Ming Chiao Tung Üniversitesi'nden araştırma ekibi lideri Cheng-Yang Liu şunları söyledi: "Daha fazla gelişmeyle, evde daha iyi tıbbi izleme cihazlarının ve bakım noktası teşhis ve test cihazlarının geliştirilmesine yol açabilir."
Araştırmacılar, fruktoz, sükroz veya bilinmeyen konsantrasyonlarda çözeltileri ölçerek sensörlerin tekrarlanabilirliğini ve kararlılığını test etti. glikoz oda sıcaklığında şeker. Sensör tarafından üretilen ışık yoğunluğu spektrumlarını ticari bir refraktometre ile elde edilen kırılma indisi ölçümleriyle karşılaştırarak sensörün performansını niceliksel olarak belirlediler. Sensör hem çözeltideki şekerin türünü tanımlayabildi hem de konsantrasyonun okunmasını sağladı.
Liu şuraya, "Elde ettiğimiz ölçüm hassasiyeti ve algılama hassasiyeti, sensörün bilinmeyen bir şeker çözeltisinin konsantrasyonunu doğru bir şekilde tahmin edebildiğini gösteriyor. Üstelik, önerdiğimiz sensörün algılama hassasiyeti, insan kanında bulunan şeker konsantrasyonu aralığını tamamen kapsıyor."
Dergi Referans:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong ve diğerleri. Biyouyumlu örümcek ipeği bazlı metal dielektrik fiber optik şeker sensörü. Biyomedikal Optik Ekspres, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
