8月3日消息， 研究人員利用蜘蛛絲的光導(dǎo)特性開(kāi)發(fā)了一種傳感器，可以檢測(cè)和測(cè)量生物溶液(包括葡萄糖和其他類(lèi)型的糖溶液)折射率的微小變化。新的基于光的傳感器有朝一日可能用于測(cè)量血糖和其他生化分析物。

　　新型傳感器可以根據(jù)折射率檢測(cè)和測(cè)量糖濃度。該傳感器由巨型木蜘蛛 Nephila pilipes 的絲制成，它被包裹在生物相容的光固化樹(shù)脂中，然后用生物相容的金納米層進(jìn)行功能化。

圖片來(lái)源：國(guó)立陽(yáng)明交通大學(xué)劉成陽(yáng)

　　“葡萄糖傳感器對(duì)糖尿病患者至關(guān)重要，但這些設(shè)備往往具有侵入性、不舒服且不具有成本效益，”臺(tái)灣國(guó)立陽(yáng)明交通大學(xué)的研究小組組長(zhǎng)劉成陽(yáng)說(shuō)：“蜘蛛絲因其卓越的光機(jī)械特性而備受關(guān)注，我們想探索使用這種生物相容性材料實(shí)時(shí)光學(xué)檢測(cè)各種糖濃度?！?/p>

　　臺(tái)灣儀器研究所和臺(tái)北醫(yī)科大學(xué)的 Liu 及其同事在Biomedical Optics Express中描述了他們的新傳感器。他們表明，它可用于根據(jù)溶液折射率的變化來(lái)確定果糖、蔗糖和葡萄糖的濃度。蜘蛛絲非常適合這種應(yīng)用，因?yàn)樗粌H可以像光纖一樣傳輸光，而且非常堅(jiān)固且富有彈性。

　　“我們新的基于蜘蛛絲的光纖糖傳感器實(shí)用、緊湊、生物相容、成本效益高且靈敏度高，”劉說(shuō)：“隨著進(jìn)一步的發(fā)展，它可能會(huì)導(dǎo)致更好的家庭醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備和即時(shí)診斷和測(cè)試設(shè)備?！?/p>

　　從絲綢到傳感器

　　為了制造傳感器，研究人員從臺(tái)灣原產(chǎn)的巨型木蜘蛛 Nephila pilipes 中收獲了拉索蜘蛛絲。他們用生物相容的光固化樹(shù)脂包裹住直徑僅為 10 微米的絲綢，并將其固化形成光滑的保護(hù)表面。這創(chuàng)造了一種直徑為 100 微米的光纖結(jié)構(gòu)，蜘蛛絲作為芯，樹(shù)脂作為包層。然后，他們添加了生物相容的金納米層，以增強(qiáng)光纖的傳感能力。

　　這個(gè)過(guò)程形成了一個(gè)有兩端的線狀結(jié)構(gòu)。為了使用光纖進(jìn)行測(cè)量，研究人員將一端浸入液體樣品中，另一端連接到光源和光譜儀。這使研究人員能夠檢測(cè)溶液的折射率并用它來(lái)確定糖的類(lèi)型及其濃度。

　　“基于蜘蛛絲的糖傳感器可重復(fù)使用，具有成本效益，易于使用并提供實(shí)時(shí)檢測(cè)，”劉說(shuō)：“此外，由于它結(jié)構(gòu)緊湊，可以進(jìn)入大腦和心臟等難以觸及的區(qū)域。隨著進(jìn)一步發(fā)展，這種基于絲綢的光纖糖傳感器也有望用于植入式醫(yī)療設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的治療策略?！?/p>

　　準(zhǔn)確的讀數(shù)

　　為了測(cè)試傳感器隨時(shí)間推移的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，研究人員用它來(lái)測(cè)量室溫下果糖、蔗糖或葡萄糖濃度未知的溶液。每次測(cè)量以 5 分鐘的間隔重復(fù) 10 次。

　　為了定量確定絲基光纖傳感器的性能，研究人員將傳感器產(chǎn)生的光強(qiáng)度光譜與使用商用折射計(jì)獲得的折射率測(cè)量值進(jìn)行了比較。該傳感器能夠識(shí)別溶液中糖的類(lèi)型并提供濃度讀數(shù)。

　　“我們實(shí)現(xiàn)的測(cè)量精度和傳感靈敏度表明，傳感器可以準(zhǔn)確估計(jì)未知糖溶液的濃度，”劉說(shuō)：“此外，我們提出的傳感器的傳感靈敏度完全涵蓋了人體血液中發(fā)現(xiàn)的糖濃度范圍?！?/p>

　　在傳感器可用于診所或家用設(shè)備中的實(shí)時(shí)測(cè)量之前，有必要提高其準(zhǔn)確性并增強(qiáng)其在環(huán)境變化下的穩(wěn)定性，以便它可以使用更長(zhǎng)時(shí)間。

　　研究人員還在開(kāi)發(fā)允許傳感器與移動(dòng)設(shè)備一起用于即時(shí)讀數(shù)的軟件。他們還希望擴(kuò)展傳感器的功能，使其可用于測(cè)量人體血液中的不同生化成分，例如乳糖和脂肪。