8月3日消息， 研究人員利用蜘蛛絲的光導(dǎo)特性開發(fā)了一種傳感器，可以檢測和測量生物溶液(包括葡萄糖和其他類型的糖溶液)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)折射率檢測和測量糖濃度。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脂中，然后用生物相容的金納米層進(jìn)行功能化。

圖片來源：國立陽明交通大學(xué)劉成陽

　　“葡萄糖傳感器對糖尿病患者至關(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，”臺灣國立陽明交通大學(xué)的研究小組組長劉成陽說：“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時光學(xué)檢測各種糖濃度。”

　　臺灣儀器研究所和臺北醫(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，因為它不僅可以像光纖一樣傳輸光，而且非常堅固且富有彈性。

　　“我們新的基于蜘蛛絲的光纖糖傳感器實用、緊湊、生物相容、成本效益高且靈敏度高，”劉說：“隨著進(jìn)一步的發(fā)展，它可能會導(dǎo)致更好的家庭醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備和即時診斷和測試設(shè)備。”

　　從絲綢到傳感器

　　為了制造傳感器，研究人員從臺灣原產(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。

　　這個過程形成了一個有兩端的線狀結(jié)構(gòu)。為了使用光纖進(jìn)行測量，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溶液的折射率并用它來確定糖的類型及其濃度。

　　“基于蜘蛛絲的糖傳感器可重復(fù)使用，具有成本效益，易于使用并提供實時檢測，”劉說：“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。”

　　準(zhǔn)確的讀數(shù)

　　為了測試傳感器隨時間推移的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，研究人員用它來測量室溫下果糖、蔗糖或葡萄糖濃度未知的溶液。每次測量以 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獲得的折射率測量值進(jìn)行了比較。該傳感器能夠識別溶液中糖的類型并提供濃度讀數(shù)。

　　“我們實現(xiàn)的測量精度和傳感靈敏度表明，傳感器可以準(zhǔn)確估計未知糖溶液的濃度，”劉說：“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)備中的實時測量之前，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時間。

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