Tơ nhện có các đặc tính ưu việt như độ đàn hồi, độ bền kéo, khả năng phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học. Do những tính chất này, các thành phần quang học khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng y sinh đã được chế tạo bằng tơ nhện.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Dụng cụ Đài Loan và Đại học Y khoa Đài Bắc đã phát triển một sợi quang có độ nhạy cao. cảm biến đường bằng cách khai thác đặc tính dẫn ánh sáng của tơ nhện. Cảm biến có thể phát hiện và đo những thay đổi nhỏ về chỉ số khúc xạ của dung dịch sinh học, bao gồm glucose và các loại dung dịch đường khác.
Trưởng nhóm nghiên cứu Cheng-Yang Liu từ Đại học Quốc gia Yang-Ming Chiao Tung ở Đài Loan cho biết: “Cảm biến glucose rất quan trọng đối với những người mắc bệnh tiểu đường, nhưng những thiết bị này có xu hướng xâm lấn, không thoải mái và không tiết kiệm chi phí. Với tơ nhện thu hút sự chú ý nhờ các đặc tính quang học vượt trội của nó, chúng tôi muốn khám phá bằng cách sử dụng vật liệu tương thích sinh học này để phát hiện các nồng độ đường khác nhau trong thời gian thực về mặt quang học”.
Cảm biến là thiết thực, có thể tái sử dụng, nhỏ gọn, tương thích sinh học, tiết kiệm chi phí và có độ nhạy cao. Nó có thể được sử dụng để xác định nồng độ của đường fructose, sucrose và glucose dựa trên sự thay đổi chỉ số khúc xạ của dung dịch. Vì nó nhỏ gọn, nó có thể cho phép tiếp cận các khu vực khó tiếp cận như não và tim.
Để phát triển cảm biến, các nhà nghiên cứu đã khai thác tơ nhện kéo từ loài nhện gỗ khổng lồ nephila pilipes. Tơ, có đường kính chỉ 10 micron, được bọc trong một loại nhựa có thể quang hóa tương thích sinh học trước khi được xử lý để tạo ra một bề mặt bảo vệ mịn màng. Kết quả là, một cấu trúc sợi quang có đường kính 100 micron đã được tạo ra, với tơ nhện đóng vai trò là lõi và nhựa là lớp vỏ bọc. Sau đó, họ tăng cường khả năng cảm nhận của sợi quang bằng cách phủ lên nó một lớp vàng nano tương thích sinh học.
Quy trình này tạo ra một cấu trúc giống như sợi chỉ hai đầu. Sợi quang được gắn vào một nguồn sáng và máy quang phổ ở một đầu, còn đầu kia được ngâm trong mẫu chất lỏng để đo. Điều này giúp các nhà nghiên cứu có thể xác định chỉ số khúc xạ của dung dịch và sử dụng nó để xác định loại đường và nồng độ của nó.
Trưởng nhóm nghiên cứu Cheng-Yang Liu từ Đại học Quốc gia Yang-Ming Chiao Tung ở Đài Loan cho biết: “Với sự phát triển hơn nữa, nó có thể dẫn đến các thiết bị theo dõi y tế tại nhà tốt hơn và các thiết bị xét nghiệm và chẩn đoán tại điểm chăm sóc.”
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra độ lặp lại và độ ổn định của cảm biến bằng cách đo các dung dịch có nồng độ chưa biết của fructose, sucrose hoặc glucose đường ở nhiệt độ phòng. Họ đã xác định một cách định lượng hiệu suất của cảm biến bằng cách so sánh quang phổ cường độ ánh sáng do cảm biến tạo ra với phép đo chỉ số khúc xạ thu được bằng khúc xạ kế thương mại. Cảm biến có thể xác định cả loại đường trong dung dịch và cung cấp chỉ số về nồng độ.
Liu nói, “Độ chính xác của phép đo và độ nhạy của cảm biến mà chúng tôi đạt được cho thấy cảm biến có thể ước tính chính xác nồng độ của dung dịch đường chưa biết. Hơn nữa, độ nhạy của cảm biến đối với cảm biến được đề xuất của chúng tôi hoàn toàn bao gồm phạm vi nồng độ đường được tìm thấy trong máu người.”
Tạp chí tham khảo:
- Hsuan-Pei E, Jelene Antonicole Ngan Kong et al. Cảm biến đường sợi quang điện môi kim loại dựa trên tơ nhện tương thích sinh học. Quang học Y sinh Express, 2022; 13 (9): 4483 DOI: 10.1364/BOE.462573
