Исследователи из Тайваня под общим руководством Национального университета Ян-Мин (NYCU) смогли применить светопроводящие свойства шелка паука для разработки медицинского датчика, который способен с высокой точностью обнаруживать и измерять уровень сахара в крови и другие важные биохимические показатели. Об этом сообщает сайт Ilmi Wap. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
«Датчики глюкозы необходимы людям с диабетом, однако эти устройства, как правило, инвазивны, неудобны и никогда не являются экономически эффективными», – отметил руководитель исследовательской группы Ченг-Ян Лю из NYCU. В их проекте ставилась целью найти возможность использования такого хорошо биосовместимого материала, как шелк паука, для оптического обнаружения многочисленных концентраций сахара в режиме реального времени, главным образом – на основе показателя преломления света.
Чтобы сделать свой инновационный датчик, Ченг-Ян Лю и его коллеги из Тайваньского института инструментального анализа и Тайбэйского медицинского колледжа собрали паучий шелк диаметром всего 10 микрон от крупного древесного паука Nephila pilipes, который обитает на Тайване. Затем исследователи покрыли шелк биосовместимой фотоотверждаемой смолой в качестве защитной оболочки.
В результате была создана конструкция оптического волокна диаметром 100 микрон, в которой в качестве сердцевины служил паутинный шелк. Далее к волокну был добавлен биосовместимый нанослой золота, чтобы усилить его сенсорные свойства.
При тестировании проведения измерений биосенсором на основе такого волокна исследователи погрузили один конец нитевидной конструкции в жидкий образец и соединили противоположный конец с легким источником питания и спектрометром. Это позволило определить показатель преломления ответа, необходимый для дальнейшего определения типа сахара и уровня его концентрации.
«Сенсор сахара на основе паучьего шелка – многоразовый, экономичный, простой в использовании и обеспечивает обнаружение в реальном времени. Кроме того, из-за его компактности он может позволить проникнуть в труднодоступные области, такие как разум и сердце. С дальнейшим развитием обычно надеются, что этот волоконно-оптический датчик сахара на основе шелка может быть использован в имплантируемых медицинских устройствах и новых методах лечения», – отметил Ченг-Ян Лю.
Чтобы проверить работоспособность и стабильность датчика в различных условиях, исследователи использовали его для измерения параметров с неизвестными концентрациями фруктозы, сахарозы или сахаров глюкозы при комнатной температуре. Каждые измерения повторяли по 10 раз с 5-минутными интервалами.
С целью количественного определения эффективности волоконно-оптического датчика на основе паучьего шелка, исследователи сопоставили спектры глубины солнечного света, полученные датчиком, с измерениями показателя преломления, полученными с помощью промышленного рефрактометра. Датчик смог успешно определить тип сахара в пределах требуемого разрешения и в реальном времени предоставить показания концентрации.
«Чувствительность датчика, которых мы достигли, полностью охватывает диапазон концентраций сахара, присутствующих в крови человека», – подчеркнул Ченг-Ян Лю. Впрочем, по его оценке, прежде чем датчик можно будет использовать для измерений в режиме реального времени в клинике или системе домашнего использования, будет необходимо повысить его точность и улучшить стабильность работы при изменениях окружающей среды, чтобы его можно было использовать в течение более длительных интервалов времени.
Тайваньские исследователи также работают над программным обеспечением, которое может позволить использовать разработанный ими датчик в сочетании с мобильными устройствами для считывания показаний по месту оказания медицинской помощи. Кроме того, они намерены изучить расширение спектра действия сенсора, чтобы его можно было использовать для измерения других биохимических составляющих в крови человека, таких как лактоза и жиры.