Павуковий шовк має чудові властивості, такі як еластичність, міцність на розрив, біорозкладаність і біосумісність. Завдяки цим властивостям різноманітні оптичні компоненти, що використовуються в біомедичних додатках, були виготовлені з павутинного шовку.
У цьому дослідженні дослідники з Тайванського науково-дослідного інституту інструментів і Тайбейського медичного університету розробили високочутливе волоконно-оптичне датчик цукру використовуючи світлопровідні властивості павутинного шовку. Датчик може виявляти та вимірювати невеликі зміни показника заломлення біологічного розчину, включаючи глюкозу та інші типи розчинів цукру.
Керівник дослідницької групи Чен-Ян Лю з Національного університету Ян-Мін Чіао-Тун на Тайвані сказав: «Датчики рівня глюкози мають вирішальне значення для людей з діабетом, але ці пристрої, як правило, інвазивні, незручні та нерентабельні. с павуковий шовк привертаючи увагу своїми чудовими оптико-механічними властивостями, ми хотіли вивчити використання цього біосумісного матеріалу для оптичного визначення різних концентрацій цукру в реальному часі».
Датчик практичний, багаторазовий, компактний, біосумісний, економічно ефективний і високочутливий. Його можна використовувати для визначення концентрації цукрів фруктози, сахарози та глюкози на основі змін показника заломлення розчину. Оскільки він компактний, він може забезпечити доступ до важкодоступних місць, таких як мозок та серце.
Щоб розробити датчик, дослідники використали шовк павука-драглайна з гігантського лісового павука Nephila pilipes. Шовк, який має діаметр лише 10 мікрон, був укладений у біосумісну фотоотверждаемую смолу перед затвердінням для створення гладкої захисної поверхні. У результаті була створена оптоволоконна структура діаметром 100 мікрон, серцевиною якої служив павутинний шовк, а оболонкою – смола. Потім вони покращили сенсорні можливості волокна, покривши його біосумісним наношаром золота.
Ця процедура створила двокінцеву ниткоподібну структуру. Волокно було прикріплено до джерела світла та спектрометра одним кінцем, а інший кінець був занурений у рідкий зразок для вимірювання. Це дало змогу дослідникам визначити показник заломлення розчину та використати його для встановлення типу цукру та його концентрації.
Керівник дослідницької групи Чен-Ян Лю з Національного університету Ян-Мін Чіао-Тун на Тайвані сказав: «З подальшим розвитком це може призвести до кращих пристроїв домашнього медичного моніторингу та пристроїв для діагностики та тестування на місці».
Дослідники перевірили повторюваність і стабільність датчиків, вимірявши розчини з невідомими концентраціями фруктози, сахарози або глюкоза цукру кімнатної температури. Вони кількісно визначили продуктивність датчика, порівнюючи спектри інтенсивності світла, вироблені датчиком, із вимірюваннями показника заломлення, отриманими за допомогою комерційного рефрактометра. Датчик міг як ідентифікувати тип цукру в розчині, так і забезпечити зчитування концентрації.
Лю сказав, «Точність вимірювань і чутливість датчиків, яких ми досягли, дозволяють припустити, що датчик може точно оцінити концентрацію невідомого розчину цукру. Крім того, чутливість запропонованого нами датчика повністю охоплює діапазон концентрацій цукру в крові людини».
Довідка з журналу:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong та ін. Біосумісний волоконно-оптичний датчик цукру на основі метало-діелектричного шовку павука. Експрес біомедичної оптики2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
