Ricercatori hanno creato un biosensore trasformando la seta di ragno in fibra ottica

I ricercatori per sviluppare un biosensore in grado di rilevare e misurare piccoli cambiamenti nell’indice di rifrazione di una soluzione biologica, compreso il glucosio e altri tipi di soluzioni zuccherine, hanno sfruttato le proprietà guida della luce della seta di ragno. Il nuovo biosensore basato sulla luce potrebbe un giorno essere utile per misurare la glicemia e altri analiti biochimici.
Cheng-Yang Liu della National Yang Ming Chiao Tung University di Taiwan, responsabile del team di ricerca, ha affermato:
«I sensori di glucosio sono fondamentali per le persone con diabete, ma questi dispositivi tendono ad essere invasivi, scomodi e non convenienti. Ora con la seta di ragno che attira l’attenzione per le sue superiori proprietà optomeccaniche, abbiamo voluto esplorare l’utilizzo di questo materiale biocompatibile per rilevare otticamente in tempo reale varie concentrazioni di zucchero».
Cheng-Yang Liu e colleghi della Taiwan Instrument Research Institute e della Taipei Medical University, hanno descritto il loro nuovo biosensore nella rivista Biomedical Optics Express dell’Optica Publishing Group. Hanno dimostrato che può essere utilizzato per determinare le concentrazioni di fruttosio, saccarosio e zuccheri del glucosio in base alle variazioni dell’indice di rifrazione di una soluzione. La seta di ragno è l’ideale per questa applicazione, non solo perché può trasmettere la luce come una fibra ottica, ma è anche molto resistente ed elastica.
Cheng-Yang Liu ha detto:
«Il nostro nuovo biosensore per lo zucchero in fibra ottica a base di seta di ragno è pratico, compatto, biocompatibile, conveniente e altamente sensibile. Ulteriormente sviluppato, potrebbe portare a migliori dispositivi di monitoraggio medico a domicilio e dispositivi diagnostici e di test point-of-care, svolti in prossimità del sito di cura ed assistenza del paziente».

Dalla seta al biosensore
I ricercatori per realizzare il biosensore si sono rivolti al gigantesco ragno Nephila pilipes, originario di Taiwan, hanno prelevato un tipo di seta particolare chiamata “dragline”. Hanno avvolto la seta, che ha un diametro di appena 10 micron, con una resina fotopolimerizzabile biocompatibile e l’hanno polimerizzata per formare una superficie protettiva liscia. Ciò ha creato una struttura in fibra ottica con un diametro di 100 micron, con la seta di ragno che fungeva da nucleo e la resina da rivestimento. Hanno quindi aggiunto un biocompatibile nanostrato d’oro per migliorare le capacità di rilevamento della fibra, con questo processo, hanno realizzato una struttura filiforme con due estremità.
I ricercatori per utilizzare la fibra ottica per effettuare misurazioni, hanno immerso un’estremità in un campione liquido, e collegato l’altra estremità a una sorgente di luce e uno spettrometro. Ciò ha permesso ai ricercatori di rilevare l’indice di rifrazione della soluzione e di utilizzarlo per determinare il tipo di zucchero e la sua concentrazione.
Cheng-Yang Liu ha affermato:
«Il biosensore per zucchero a base di seta di ragno è riutilizzabile, conveniente, facile da usare e offre un rilevamento in tempo reale. Inoltre, poiché è compatto, potrebbe consentire l’accesso ad aree difficili da raggiungere come il cervello e il cuore. Si spera con un ulteriore sviluppo, che anche questo biosensore per lo zucchero in fibra ottica a base di seta, possa essere utilizzato in dispositivi medici impiantabili e strategie di trattamento in applicazioni biomediche».

Letture coerenti e accurate
I ricercatori per testare nel tempo la ripetibilità e la stabilità del biosensore, lo hanno utilizzato a temperatura ambiente per misurare soluzioni con concentrazioni sconosciute di fruttosio, saccarosio o zuccheri del glucosio. Le misurazioni sono state ripetute 10 volte ciascuna a intervalli di 5 minuti.
I ricercatori per determinare quantitativamente le prestazioni del biosensore in fibra ottica a base di seta, hanno confrontato gli spettri di intensità luminosa, prodotti dal biosensore, con le misurazioni dell’indice di rifrazione acquisite con un rifrattometro commerciale. Il biosensore è stato in grado di identificare il tipo di zucchero nella soluzione e di fornire una lettura della concentrazione.
Cheng-Yang Liu ha aggiunto:
«La precisione di misurazione e la sensibilità di rilevamento che abbiamo raggiunto, suggeriscono che il biosensore può stimare con precisione la concentrazione di una sconosciuta soluzione di zucchero. Inoltre, la sensibilità di rilevamento proposta per il nostro biosensore, comprende la gamma completa di concentrazioni di zucchero presenti nel sangue umano».
È stato evidenziato che il biosensore, in tempo reale, prima che possa essere utilizzato per misurazioni in una clinica o in un dispositivo per uso domestico, sarà necessario migliorarne l’accuratezza e la stabilità ai cambiamenti ambientali, in modo che possa essere utilizzato per prolungati periodi.
I ricercatori stanno anche lavorando a un software, consentirebbe di utilizzare il biosensore con dispositivi mobili per letture in prossimità del sito di cura ed assistenza del paziente. Vogliono estendere la funzionalità del biosensore anche nel sangue umano, in modo che possa essere utilizzato per misurare diversi componenti biochimici come lattosio e grasso.

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About Pino Silvestri

Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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