Les chercheurs ont exploité les propriétés de guidage de la lumière de la soie d'araignée pour développer un capteur capable de détecter et de mesurer de petits changements dans l'indice de réfraction d'une solution biologique, y compris le glucose et d'autres types de solutions de sucre. Le nouveau capteur basé sur la lumière pourrait un jour être utile pour mesurer la glycémie et d'autres analytes biochimiques.

"Les capteurs de glucose sont essentiels pour les personnes atteintes de diabète, mais ces appareils ont tendance à être invasifs, inconfortables et peu rentables", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Cheng-Yang Liu de l'Université nationale Yang Ming Chiao Tung à Taïwan. "La soie d'araignée attirant l'attention pour ses propriétés optomécaniques supérieures, nous voulions explorer l'utilisation de ce matériau biocompatible pour détecter optiquement diverses concentrations de sucre en temps réel."

Liu et ses collègues du Taiwan Instrument Research Institute et de l'Université médicale de Taipei décrivent leur nouveau capteur dans Biomedical Optics Express . Ils montrent qu'il peut être utilisé pour déterminer les concentrations de sucres de fructose, de saccharose et de glucose en fonction des variations de l'indice de réfraction d'une solution. La soie d'araignée est idéale pour cette application car elle peut non seulement transmettre la lumière comme une fibre optique, mais elle est également très résistante et élastique.

« Notre nouveau capteur de sucre à fibre optique à base de soie d'araignée est pratique, compact, biocompatible, économique et très sensible », a déclaré Liu. "Avec un développement plus poussé, cela pourrait conduire à de meilleurs dispositifs de surveillance médicale à domicile et à des dispositifs de diagnostic et de test au point de service."

De la soie au capteur

Pour fabriquer le capteur, les chercheurs ont récolté de la soie d'araignée dragline de l'araignée géante des bois Nephila pilipes, originaire de Taïwan. Ils ont enveloppé la soie, qui ne mesure que 10 microns de diamètre, d'une résine photodurcissable biocompatible et l'ont durcie pour former une surface protectrice lisse. Cela a créé une structure de fibre optique de 100 microns de diamètre, la soie d'araignée servant de noyau et la résine de gaine. Ils ont ensuite ajouté une nano-couche d'or biocompatible pour améliorer les capacités de détection de la fibre.

Ce processus a formé une structure en forme de fil avec deux extrémités. Pour utiliser la fibre pour prendre des mesures, les chercheurs ont immergé une extrémité dans un échantillon liquide et ont connecté l'autre extrémité à une source lumineuse et à un spectromètre. Cela a permis aux chercheurs de détecter l'indice de réfraction de la solution et de l'utiliser pour déterminer le type de sucre et sa concentration.

"Le capteur de sucre à base de soie d'araignée est réutilisable, rentable, facile à utiliser et offre une détection en temps réel", a déclaré Liu. "De plus, comme il est compact, il pourrait permettre d'accéder à des zones difficiles d'accès telles que le cerveau et le cœur. Avec un développement ultérieur, on espère également que ce capteur de sucre à fibre optique à base de soie pourra être utilisé dans des dispositifs médicaux implantables et stratégies de traitement dans les applications biomédicales."

Lectures cohérentes et précises

Pour tester la répétabilité et la stabilité du capteur dans le temps, les chercheurs l'ont utilisé pour mesurer des solutions avec des concentrations inconnues de sucres de fructose, de saccharose ou de glucose à température ambiante. Les mesures ont été répétées chacune 10 fois à 5 minutes d'intervalle.

Pour déterminer quantitativement les performances du capteur à fibre optique à base de soie, les chercheurs ont comparé les spectres d'intensité lumineuse produits par le capteur avec des mesures d'indice de réfraction acquises avec un réfractomètre commercial. Le capteur a pu à la fois identifier le type de sucre dans la solution et fournir une lecture de la concentration.

"La précision de mesure et la sensibilité de détection que nous avons obtenues suggèrent que le capteur peut estimer avec précision la concentration d'une solution de sucre inconnue", a déclaré Liu. "De plus, la sensibilité de détection de notre capteur proposé englobe complètement la gamme de concentrations de sucre trouvées dans le sang humain."

Avant que le capteur puisse être utilisé pour des mesures en temps réel dans une clinique ou un appareil à usage domestique, il sera nécessaire d'améliorer sa précision et sa stabilité face aux changements environnementaux afin qu'il puisse être utilisé pendant de plus longues périodes.

Les chercheurs travaillent également sur un logiciel qui permettrait d'utiliser le capteur avec des appareils mobiles pour des lectures au point de service. Ils souhaitent également étendre les fonctionnalités du capteur afin qu'il puisse être utilisé pour mesurer différents composants biochimiques dans le sang humain, tels que le lactose et les graisses. + Explorer plus loin

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