Onderzoekers hebben de lichtgeleidende eigenschappen van spinnenzijde gebruikt om een ​​sensor te ontwikkelen die kleine veranderingen in de brekingsindex van een biologische oplossing, waaronder glucose en andere soorten suikeroplossingen, kan detecteren en meten. De nieuwe op licht gebaseerde sensor kan ooit nuttig zijn voor het meten van de bloedsuikerspiegel en andere biochemische analyten.

"Glucosesensoren zijn cruciaal voor mensen met diabetes, maar deze apparaten zijn vaak invasief, ongemakkelijk en niet kostenefficiënt", zegt onderzoeksteamleider Cheng-Yang Liu van de National Yang Ming Chiao Tung University in Taiwan. "Omdat spinzijde de aandacht trok vanwege zijn superieure optomechanische eigenschappen, wilden we onderzoeken hoe we dit biocompatibele materiaal kunnen gebruiken om verschillende suikerconcentraties in realtime optisch te detecteren."

Liu en collega's van het Taiwan Instrument Research Institute en de Taipei Medical University beschrijven hun nieuwe sensor in Biomedical Optics Express . Ze laten zien dat het kan worden gebruikt om concentraties van fructose-, sucrose- en glucosesuikers te bepalen op basis van veranderingen in de brekingsindex van een oplossing. Spinzijde is ideaal voor deze toepassing omdat het niet alleen licht kan doorlaten als een optische vezel, maar ook erg sterk en elastisch is.

"Onze nieuwe op spinzijde gebaseerde glasvezelsuikersensor is praktisch, compact, biocompatibel, kosteneffectief en zeer gevoelig", zei Liu. "Met verdere ontwikkeling zou dit kunnen leiden tot betere medische bewakingsapparatuur voor thuis en diagnostische en testapparatuur op het punt van zorg."

Van zijde tot sensor

Om de sensor te maken, hebben de onderzoekers dragline-spinnenzijde geoogst van de gigantische houtspin Nephila pilipes, die inheems is in Taiwan. Ze omhulden de zijde, die slechts 10 micron in diameter is, met een biocompatibele fotohardbare hars en hardden het uit om een ​​glad beschermend oppervlak te vormen. Hierdoor ontstond een optische vezelstructuur met een diameter van 100 micron, waarbij de spinzijde als kern en de hars als bekleding fungeerde. Vervolgens voegden ze een biocompatibele nanolaag van goud toe om de waarnemingscapaciteiten van de vezel te verbeteren.

Dit proces vormde een draadachtige structuur met twee uiteinden. Om de vezel te gebruiken om metingen uit te voeren, dompelden de onderzoekers het ene uiteinde onder in een vloeistofmonster en verbonden het andere uiteinde met een lichtbron en een spectrometer. Hierdoor konden de onderzoekers de brekingsindex van de oplossing detecteren en deze gebruiken om het type suiker en de concentratie ervan te bepalen.

"De op spinzijde gebaseerde suikersensor is herbruikbaar, kosteneffectief, gebruiksvriendelijk en biedt realtime detectie", zegt Liu. "Bovendien kan het, omdat het compact is, toegang geven tot moeilijk bereikbare gebieden zoals de hersenen en het hart. Met verdere ontwikkeling wordt ook gehoopt dat deze op zijde gebaseerde glasvezelsuikersensor kan worden gebruikt in implanteerbare medische apparaten en behandelstrategieën in biomedische toepassingen."

Consistente, nauwkeurige metingen

Om de herhaalbaarheid en stabiliteit van de sensor in de loop van de tijd te testen, gebruikten de onderzoekers deze om oplossingen met onbekende concentraties fructose-, sucrose- of glucosesuikers bij kamertemperatuur te meten. De metingen werden elk 10 keer herhaald met tussenpozen van 5 minuten.

Om de prestaties van de op zijde gebaseerde glasvezelsensor kwantitatief te bepalen, vergeleken de onderzoekers de door de sensor geproduceerde lichtintensiteitsspectra met brekingsindexmetingen verkregen met een commerciële refractometer. De sensor was in staat om zowel het type suiker in de oplossing te identificeren als een uitlezing van de concentratie te geven.

"De meetprecisie en detectiegevoeligheid die we hebben bereikt, suggereert dat de sensor de concentratie van een onbekende suikeroplossing nauwkeurig kan schatten", zei Liu. "Bovendien omvat de detectiegevoeligheid voor onze voorgestelde sensor volledig het bereik van suikerconcentraties die in menselijk bloed worden aangetroffen."

Voordat de sensor kan worden gebruikt voor realtime metingen in een kliniek of apparaat voor thuisgebruik, moet de nauwkeurigheid worden verbeterd en de stabiliteit worden verbeterd onder omgevingsveranderingen, zodat deze voor langere tijd kan worden gebruikt.

De onderzoekers werken ook aan software waarmee de sensor kan worden gebruikt met mobiele apparaten voor point-of-care-metingen. Ze willen ook de functionaliteit van de sensor uitbreiden, zodat deze gebruikt kan worden om verschillende biochemische componenten in menselijk bloed te meten, zoals lactose en vet. + Verder verkennen

Spinzijde kan lenzen maken die nuttig zijn voor biologische beeldvorming