Ученые используют шелк паука для разработки волоконно-оптического датчика для измерения уровня глюкозы
Профессор Лю Чэн-ян и Э Сюань-пей , выпускник факультета биомедицинской инженерии Национального университета Ян-Мин Цзяодун (NYCU) , использовали шелк паука Nephila pilipes для разработки волоконно-оптического датчика сахара, способного измерять фруктоза, сахароза и глюкоза в течение 0,1 мс. Поскольку его диапазон измерения охватывает все возможные уровни глюкозы в организме человека, датчик подходит для использования в качестве глюкометра следующего поколения . Несмотря на это, пауки, вероятно, не будут считаться отрицательными, поскольку когда-нибудь их шелк можно будет использовать для измерения уровня глюкозы в качестве инструмента для лечения диабета.
По мере старения населения диабет становится распространенным заболеванием. Измерение уровня глюкозы в домашних условиях с помощью ланцета подвергает пациентов риску заражения; кроме того, все использованные ланцеты считаются медицинскими отходами. Поэтому ученые работают над созданием более удобных способов измерения уровня глюкозы в режиме реального времени.
В отличие от традиционной стеклянной или пластиковой оптики, шелк паука обладает высокой прочностью на растяжение, пропускает световые волны и благодаря своей высокой биосовместимости подходит для человеческого организма. Группа исследований и разработок под руководством профессора Лю сотрудничала с Тайбэйским медицинским университетом и Тайваньским научно-исследовательским институтом приборостроения Национального института прикладных исследований для получения натурального паучьего шелка из живых пауков. Фотоотверждаемая смола использовалась для стабилизации структуры паучьего шелка перед нанесением тонкого нанослоя золота на поверхность отвержденного шелка с помощью распыления под углом скольжения для повышения чувствительности волоконной оптики паучьего шелка к сахару. Наконец, был изготовлен оптоволоконный датчик видимого диапазона диаметром, подобным человеческому волосу.
Основываясь на оптических физических принципах поверхностного плазмонного резонанса, ученые могут рассчитать показатель преломления различных видов сахара на металлах, тем самым определяя изменения концентрации сахара. Этот волоконно-оптический датчик, разработанный Лю, был проверен в ходе экспериментов, чтобы поддерживать его чувствительность на том же уровне в течение одного года и нормально функционировать при комнатной температуре и температуре человеческого тела.
Фактически, команда исследователей и разработчиков пыталась использовать в своих экспериментах две или три породы пауков, а также пауков, которых они нашли в кампусе, чтобы получить подходящие материалы. Однако все шелка этих пауков имеют низкое качество. Они экспериментировали с различными паучьими шелками, прежде чем остановились на N. pilipes в качестве источника шелка. Чтобы обеспечить качество паучьего шелка, команда также научилась содержать пауков и разработала соответствующий метод сбора шелка.
Г- жа Э. сказала, что она боится N. pilipes из-за его большого размера и узора, похожего на человеческое лицо, на его спине, и что процесс сбора шелка пугал команду, потому что паука было нелегко держать под контролем, и он был всегда бегает во время процесса. Для изготовления волоконной оптики из паутины команда экспериментировала с различными типами смол и металлов, включая золото, серебро и медь. У команды также была возможность встретиться с владельцами магазина рептилий и предприятий по производству смолы во время процесса, что стало для них неожиданной наградой.
Лю указал, что пациентам с диабетом необходимо измерять уровень глюкозы до и после каждого приема пищи; следовательно, датчик глюкозы, который подходит для длительного использования в организме человека и обеспечивает точное измерение уровня глюкозы в режиме реального времени, может избавить пациента от суеты на лице и достичь цели точной медицины; следовательно, этот датчик может принести пользу еще большему количеству пациентов с хроническими заболеваниями.
Это достижение стало возможным благодаря совместным усилиям NYCU, исследователей Чен Вей-Чун и Чен Че-чин из Тайваньского научно-исследовательского института приборостроения Национального института прикладных исследований и профессора Ченг Чиа-Сюн из Тайбэйского медицинского университета .