Los investigadores han aprovechado las propiedades de guía de luz de la seda de araña para desarrollar un sensor que puede detectar y medir pequeños cambios en el índice de refracción de una solución biológica, incluida la glucosa y otros tipos de soluciones de azúcar. El nuevo sensor basado en luz podría algún día ser útil para medir el azúcar en la sangre y otros analitos bioquímicos.

"Los sensores de glucosa son cruciales para las personas con diabetes, pero estos dispositivos tienden a ser invasivos, incómodos y no rentables", dijo el líder del equipo de investigación, Cheng-Yang Liu, de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung en Taiwán. "Con la seda de araña atrayendo la atención por sus propiedades optomecánicas superiores, queríamos explorar el uso de este material biocompatible para detectar ópticamente varias concentraciones de azúcar en tiempo real".

Liu y sus colegas del Instituto de Investigación de Instrumentos de Taiwán y la Universidad Médica de Taipei describen su nuevo sensor en Biomedical Optics Express . Muestran que se puede utilizar para determinar las concentraciones de azúcares de fructosa, sacarosa y glucosa en función de los cambios en el índice de refracción de una solución. La seda de araña es ideal para esta aplicación porque no solo puede transmitir la luz como una fibra óptica, sino que también es muy fuerte y elástica.

"Nuestro nuevo sensor de azúcar de fibra óptica basado en seda de araña es práctico, compacto, biocompatible, rentable y altamente sensible", dijo Liu. "Con un mayor desarrollo, podría conducir a mejores dispositivos de monitoreo médico en el hogar y dispositivos de diagnóstico y prueba en el punto de atención".

De la seda al sensor

Para fabricar el sensor, los investigadores recolectaron seda de araña dragalina de la araña de madera gigante Nephila pilipes, que es nativa de Taiwán. Envolvieron la seda, que tiene solo 10 micrones de diámetro, con una resina fotocurable biocompatible y la curaron para formar una superficie protectora suave. Esto creó una estructura de fibra óptica de 100 micrones de diámetro, con la seda de araña actuando como núcleo y la resina como revestimiento. Luego agregaron una nanocapa biocompatible de oro para mejorar las capacidades de detección de la fibra.

Este proceso formó una estructura similar a un hilo con dos extremos. Para usar la fibra para tomar medidas, los investigadores sumergieron un extremo en una muestra líquida y conectaron el otro extremo a una fuente de luz y un espectrómetro. Esto permitió a los investigadores detectar el índice de refracción de la solución y usarlo para determinar el tipo de azúcar y su concentración.

"El sensor de azúcar a base de seda de araña es reutilizable, rentable, fácil de usar y ofrece detección en tiempo real", dijo Liu. "Además, debido a que es compacto, podría permitir el acceso a áreas de difícil acceso, como el cerebro y el corazón. Con un mayor desarrollo, también se espera que este sensor de azúcar de fibra óptica a base de seda pueda usarse en dispositivos médicos implantables y estrategias de tratamiento en aplicaciones biomédicas".

Lecturas consistentes y precisas

Para probar la repetibilidad y la estabilidad del sensor a lo largo del tiempo, los investigadores lo utilizaron para medir soluciones con concentraciones desconocidas de azúcares de fructosa, sacarosa o glucosa a temperatura ambiente. Cada una de las mediciones se repitió 10 veces a intervalos de 5 minutos.

Para determinar cuantitativamente el rendimiento del sensor de fibra óptica basado en seda, los investigadores compararon los espectros de intensidad de la luz producidos por el sensor con las mediciones del índice de refracción adquiridas con un refractómetro comercial. El sensor pudo identificar el tipo de azúcar en la solución y proporcionar una lectura de la concentración.

"La precisión de la medición y la sensibilidad de detección que logramos sugieren que el sensor puede estimar con precisión la concentración de una solución de azúcar desconocida", dijo Liu. "Además, la sensibilidad de detección de nuestro sensor propuesto abarca completamente el rango de concentraciones de azúcar que se encuentran en la sangre humana".

Antes de que el sensor pueda usarse para mediciones en tiempo real en una clínica o dispositivo de uso doméstico, será necesario mejorar su precisión y mejorar su estabilidad bajo cambios ambientales para que pueda usarse durante períodos de tiempo más prolongados.

Los investigadores también están trabajando en un software que permitiría usar el sensor con dispositivos móviles para lecturas en el punto de atención. También quieren ampliar la funcionalidad del sensor para que pueda usarse para medir diferentes componentes bioquímicos en la sangre humana, como la lactosa y la grasa. + Explora más

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