基于表面等離子體共振（surface plasmon resonance，SPR）的光纖傳感器電磁場(chǎng)衰減距離短、受溫度波動(dòng)的影響小，同時(shí)它還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、對(duì)糖相互作用靈敏度高等特征。為了提高光纖傳感器的生物相容性，天然蜘蛛絲因其獨(dú)特的機(jī)械和光學(xué)性能而受到越來(lái)越多的關(guān)注。

由于蜘蛛絲具有良好的彈性、抗拉強(qiáng)度、生物降解性以及生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已使用蜘蛛絲制備了各類光學(xué)元件。但是，制備成本效益高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊的蜘蛛絲光纖傳感器用于檢測(cè)糖濃度，還有待進(jìn)一步研究。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，臺(tái)灣陽(yáng)明交通大學(xué)、臺(tái)灣儀器科技研究中心和臺(tái)北醫(yī)學(xué)大學(xué)的研究人員在Biomedical Optics Express發(fā)表了以“Biocompatible spider silk-based metal-dielectric fiber optic sugar sensor”為主題的研究論文。該研究論文的通訊作者為臺(tái)灣陽(yáng)明交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的Cheng-Yang Liu。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用蜘蛛絲的光導(dǎo)特性開(kāi)發(fā)了一種傳感器，可以檢測(cè)和測(cè)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。這種新型光傳感器未來(lái)有望用于血糖和其他生化分析物的測(cè)量和檢測(cè)。

由蜘蛛絲制備的高靈敏度光纖糖傳感器

這項(xiàng)研究利用涂覆金屬納米層的蜘蛛絲制備了一種高靈敏度光纖糖傳感器。蜘蛛絲直接采集自巨型木蜘蛛Nephila pilipes，這是一種天然基于蛋白質(zhì)的生物聚合物，具有彈性大、損耗低、易于功能化等特征。采用傾斜角沉積技術(shù)（glancing angle deposition technique，GLAD）在基于蜘蛛絲的纖維表面涂覆了金屬納米層。這種光纖糖傳感器基于糖溶液折射率變化的原理而設(shè)計(jì)。

基于蜘蛛絲的光纖傳感器的制造過(guò)程及SEM圖

研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種光纖糖傳感器對(duì)果糖、蔗糖和葡萄糖濃度的檢測(cè)具有高靈敏度。因此這項(xiàng)研究工作為實(shí)現(xiàn)精確、靈敏的在線血糖即時(shí)診斷（point-of-care diagnostics）提供了一種新途徑。

基于蜘蛛絲的光纖傳感器的實(shí)驗(yàn)布置圖

此外，由于這種光纖糖傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，可以進(jìn)入大腦和心臟等難以觸及的區(qū)域，因此隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，它未來(lái)也有望用于植入式醫(yī)療設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的治療策略中。

測(cè)量結(jié)果精確且一致性高

為了測(cè)試這種傳感器在一段時(shí)間內(nèi)的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，研究人員用它在室溫下測(cè)量含有未知濃度的果糖、蔗糖和葡萄糖溶液，以5分鐘的間隔時(shí)間重復(fù)測(cè)量10次。

同時(shí)，為了定量地確定基于蜘蛛絲的光纖傳感器性能，研究人員將該傳感器所產(chǎn)生的光強(qiáng)光譜與商用折射計(jì)所獲得的折射率測(cè)量值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，該傳感器能夠識(shí)別溶液中糖的類型并提供濃度讀數(shù)。

“通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的測(cè)量精度和傳感靈敏度表明，該傳感器可以準(zhǔn)確估計(jì)未知糖溶液的濃度?！盋heng-Yang Liu表示，“此外，其靈敏度完全涵蓋了人類血液中所發(fā)現(xiàn)的糖的濃度范圍。”

在這種傳感器能夠應(yīng)用于門(mén)診或家用設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量之前，提高其準(zhǔn)確性并增強(qiáng)其在環(huán)境變化下的穩(wěn)定性是非常必要的，以使其使用壽命更長(zhǎng)。

另外，研究人員正在開(kāi)發(fā)一款軟件，能夠使該傳感器與移動(dòng)設(shè)備共同用于即時(shí)診斷。研究人員還期望擴(kuò)展這款傳感器的功能，使其能夠用于測(cè)量人體血液中如乳糖和脂肪等不同的生化成分。

這項(xiàng)研究工作獲得臺(tái)灣科技部（108-2221-E-010-012-MY3，110-2221-E-492-006，111-2221-E-A49-102-MY2）的支持。