研究人员通过将蜘蛛丝转化为光纤来制造生物传感器

研究人员利用蜘蛛丝的光导特性开发了一种传感器，可用于根据溶液折射率的变化来确定果糖、蔗糖和葡萄糖的浓度。正如《生物医学光学快报》所描述的那样，这种新的基于光的传感器有一天可能会用于测量血糖和其他生化分析物。

　　

   

   

图片:研究人员利用蜘蛛丝的光导特性开发了一种传感器，可以根据折射率检测和测量糖浓度。该传感器由巨大的木蜘蛛Nephila pilipes的丝制成，它被包裹在一种生物兼容的光固化树脂中，然后用生物兼容的纳米金层进行功能化。    

研究人员利用蜘蛛丝的光导特性开发了一种传感器，可以检测和测量生物溶液(包括葡萄糖和其他类型的糖溶液)折射率的微小变化。这种新的基于光的传感器有一天可能会用于测量血糖和其他生化分析物。

“葡萄糖传感器对糖尿病患者至关重要，但这些设备往往是侵入性的、不舒服的，而且不划算，”台湾国立阳明交通大学的研究团队负责人刘成阳说。“蜘蛛丝因其优越的光学机械性能而备受关注，我们希望探索使用这种生物兼容材料来实时光学检测各种糖浓度。”

Liu和来自台湾仪器研究所和台北医科大学的同事在Optica出版集团的《生物医学光学快报》上描述了他们的新传感器。他们表明，根据溶液折射率的变化，它可以用来测定果糖、蔗糖和葡萄糖的浓度。蜘蛛丝是这种应用的理想选择，因为它不仅可以像光纤一样传输光，而且非常坚固和有弹性。

“我们新的基于蜘蛛丝的光纤糖传感器实用、紧凑、生物兼容、高性价比和高灵敏度，”刘说。“随着进一步的发展，它可能会带来更好的家庭医疗监测设备和护理点诊断和测试设备。”

从丝绸到传感器  

为了制造这种传感器，研究人员从巨型木蜘蛛身上采集了拖丝络新妇pilipes它原产于台湾。他们用一种生物兼容的光固化树脂将直径只有10微米的蚕丝包裹起来，固化后形成一个光滑的保护表面。这就创造了一个直径为100微米的光纤结构，蜘蛛丝作为核心，树脂作为包层。然后，他们添加了一层生物兼容的纳米金层，以增强纤维的传感能力。

这个过程形成了一个两端呈螺纹状的结构。为了使用光纤进行测量，研究人员将一端浸入液体样品中，并将另一端连接到光源和光谱仪。这使得研究人员可以检测溶液的折射率，并利用它来确定糖的类型及其浓度。

“这种基于蜘蛛丝的糖传感器可重复使用，具有成本效益，易于使用，并提供实时检测，”刘说。“此外，由于它很紧凑，它可以进入大脑和心脏等难以到达的区域。随着进一步的发展，这种基于丝绸的光纤糖传感器也有望应用于植入式医疗设备和生物医学应用中的治疗策略。

一致的、精确的读数  

为了测试传感器随时间变化的重复性和稳定性，研究人员用它在室温下测量含有未知浓度的果糖、蔗糖或葡萄糖的溶液。每隔5分钟重复测量10次。

为了定量确定丝质光纤传感器的性能，研究人员将传感器产生的光强度光谱与商业折光计获得的折射率测量结果进行了比较。该传感器既能识别溶液中糖的类型，又能提供浓度的读数。

“我们实现的测量精度和传感灵敏度表明，传感器可以准确估计未知糖溶液的浓度，”刘说。“此外，我们提出的传感器的传感灵敏度完全涵盖了人类血液中发现的糖浓度范围。”

在传感器可用于临床或家用设备的实时测量之前，有必要提高其精度并增强其在环境变化下的稳定性，以便它可以使用更长时间。

研究人员还在开发一种软件，使传感器能够与移动设备一起使用，进行即时读数。他们还想扩展传感器的功能，这样就可以用来测量人类血液中不同的生化成分，如乳糖和脂肪。