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新型生物传感器:藏着变成了光纤的蜘蛛丝,有啥新特性?

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发表于 2022-8-10 14:26:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

  8月3日消息, 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。新的基于光的传感器有朝一日可能用于测量血糖和其他生化分析物。

  新型传感器可以根据折射率检测和测量糖浓度。该传感器由巨型木蜘蛛 Nephila pilipes 的丝制成,它被包裹在生物相容的光固化树脂中,然后用生物相容的金纳米层进行功能化。

图片来源:国立阳明交通大学刘成阳

  “葡萄糖传感器对糖尿病患者至关重要,但这些设备往往具有侵入性、不舒服且不具有成本效益,”台湾国立阳明交通大学的研究小组组长刘成阳说:“蜘蛛丝因其卓越的光机械特性而备受关注,我们想探索使用这种生物相容性材料实时光学检测各种糖浓度。”

  台湾仪器研究所和台北医科大学的 Liu 及其同事在Biomedical Optics Express中描述了他们的新传感器。他们表明,它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。蜘蛛丝非常适合这种应用,因为它不仅可以像光纤一样传输光,而且非常坚固且富有弹性。

  “我们新的基于蜘蛛丝的光纤糖传感器实用、紧凑、生物相容、成本效益高且灵敏度高,”刘说:“随着进一步的发展,它可能会导致更好的家庭医疗监测设备和即时诊断和测试设备。”

  从丝绸到传感器

  为了制造传感器,研究人员从台湾原产的巨型木蜘蛛 Nephila pilipes 中收获了拉索蜘蛛丝。他们用生物相容的光固化树脂包裹住直径仅为 10 微米的丝绸,并将其固化形成光滑的保护表面。这创造了一种直径为 100 微米的光纤结构,蜘蛛丝作为芯,树脂作为包层。然后,他们添加了生物相容的金纳米层,以增强光纤的传感能力。

  这个过程形成了一个有两端的线状结构。为了使用光纤进行测量,研究人员将一端浸入液体样品中,另一端连接到光源和光谱仪。这使研究人员能够检测溶液的折射率并用它来确定糖的类型及其浓度。

  “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,由于它结构紧凑,可以进入大脑和心脏等难以触及的区域。随着进一步发展,这种基于丝绸的光纤糖传感器也有望用于植入式医疗设备和生物医学应用中的治疗策略。”

  准确的读数

  为了测试传感器随时间推移的可重复性和稳定性,研究人员用它来测量室温下果糖、蔗糖或葡萄糖浓度未知的溶液。每次测量以 5 分钟的间隔重复 10 次。

  为了定量确定丝基光纤传感器的性能,研究人员将传感器产生的光强度光谱与使用商用折射计获得的折射率测量值进行了比较。该传感器能够识别溶液中糖的类型并提供浓度读数。

  “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体血液中发现的糖浓度范围。”

  在传感器可用于诊所或家用设备中的实时测量之前,有必要提高其准确性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。

  研究人员还在开发允许传感器与移动设备一起用于即时读数的软件。他们还希望扩展传感器的功能,使其可用于测量人体血液中的不同生化成分,例如乳糖和脂肪。

来源:贤集网



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