Pesquisadores aproveitaram as propriedades guiadoras de luz da seda de aranha para desenvolver um sensor que pode detectar e medir pequenas mudanças no índice de refração de uma solução biológica, incluindo glicose e outros tipos de soluções de açúcar. O novo sensor baseado em luz pode um dia ser útil para medir o açúcar no sangue e outros analitos bioquímicos.
"Os sensores de glicose são cruciais para pessoas com diabetes, mas esses dispositivos tendem a ser invasivos, desconfortáveis ​​e não são econômicos", disse o líder da equipe de pesquisa Cheng-Yang Liu, da Universidade Nacional Yang Ming Chiao Tung, em Taiwan. "Com a seda de aranha atraindo a atenção por suas propriedades optomecânicas superiores, queríamos explorar o uso desse material biocompatível para detectar opticamente várias concentrações de açúcar em tempo real".

Liu e colegas do Taiwan Instrument Research Institute e da Taipei Medical University descrevem seu novo sensor no Biomedical Optics Express . Eles mostram que ele pode ser usado para determinar as concentrações de frutose, sacarose e glicose com base em mudanças no índice de refração de uma solução. A seda de aranha é ideal para esta aplicação porque não só pode transmitir luz como uma fibra óptica, mas também é muito forte e elástica.

"Nosso novo sensor de açúcar de fibra óptica à base de seda de aranha é prático, compacto, biocompatível, econômico e altamente sensível", disse Liu. "Com mais desenvolvimento, pode levar a melhores dispositivos de monitoramento médico em casa e dispositivos de diagnóstico e teste no ponto de atendimento".

Da seda ao sensor

Para fazer o sensor, os pesquisadores colheram a seda da aranha gigante Nephila pilipes, nativa de Taiwan. Eles envolveram a seda, que tem apenas 10 mícrons de diâmetro, com uma resina fotocurável biocompatível e a curaram para formar uma superfície protetora lisa. Isso criou uma estrutura de fibra óptica com 100 mícrons de diâmetro, com a seda da aranha atuando como núcleo e a resina como revestimento. Eles então adicionaram uma nanocamada de ouro biocompatível para melhorar as habilidades de detecção da fibra.

Este processo formou uma estrutura semelhante a um fio com duas extremidades. Para usar a fibra para fazer medições, os pesquisadores mergulharam uma extremidade em uma amostra líquida e conectaram a outra extremidade a uma fonte de luz e a um espectrômetro. Isso permitiu aos pesquisadores detectar o índice de refração da solução e usá-lo para determinar o tipo de açúcar e sua concentração.

"O sensor de açúcar à base de seda de aranha é reutilizável, econômico, fácil de usar e oferece detecção em tempo real", disse Liu. "Além disso, por ser compacto, pode permitir o acesso a áreas de difícil acesso, como o cérebro e o coração. Com mais desenvolvimento, espera-se também que esse sensor de açúcar de fibra óptica à base de seda possa ser usado em dispositivos médicos implantáveis ​​e estratégias de tratamento em aplicações biomédicas."

Leituras consistentes e precisas

Para testar a repetibilidade e estabilidade do sensor ao longo do tempo, os pesquisadores o usaram para medir soluções com concentrações desconhecidas de frutose, sacarose ou glicose à temperatura ambiente. Cada medida foi repetida 10 vezes em intervalos de 5 minutos.

Para determinar quantitativamente o desempenho do sensor de fibra óptica à base de seda, os pesquisadores compararam os espectros de intensidade de luz produzidos pelo sensor com medições de índice de refração adquiridas com um refratômetro comercial. O sensor foi capaz de identificar o tipo de açúcar na solução e fornecer uma leitura da concentração.

"A precisão da medição e a sensibilidade de detecção que alcançamos sugerem que o sensor pode estimar com precisão a concentração de uma solução de açúcar desconhecida", disse Liu. "Além disso, a sensibilidade de detecção para nosso sensor proposto abrange completamente a faixa de concentrações de açúcar encontradas no sangue humano".

Antes que o sensor possa ser usado para medições em tempo real em uma clínica ou dispositivo de uso doméstico, será necessário melhorar sua precisão e aumentar sua estabilidade sob mudanças ambientais para que possa ser usado por períodos mais longos.

Os pesquisadores também estão trabalhando em um software que permita que o sensor seja usado com dispositivos móveis para leituras no ponto de atendimento. Eles também querem estender a funcionalidade do sensor para que ele possa ser usado para medir diferentes componentes bioquímicos no sangue humano, como lactose e gordura. + Explorar mais

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