阳明交大研发光纤糖度传感器!利用“蜘蛛丝光纤”测量血糖

蜘蛛在文学或影视作品中经常扮演反派角色,尤其是手掌大小的人脸蜘蛛(Nephila pilipes)更是令人畏惧,但当有一天蜘蛛丝也可以测量血糖,作为糖尿病管理工具的时候,蜘蛛或许就是不那么反派。

阳明交大生物医学工程学系刘承扬教授及鄂暄蓓硕士,成功利用人脸蜘蛛吐出的蜘蛛丝,开发出一款“光纤糖度传感器”,能够在万分之一秒(0.1 ms)内有效测量果糖、蔗糖与葡萄糖浓度,而且测量范围已包含人体血液中所有可能的糖浓度,将可作为下一时代的血糖侦测利器。

随着人口老化,糖尿病是目前常见疾病,患者自行在家穿刺监测血糖,不仅容易有感染风险,而且穿刺针头使用一次后就成为医疗废弃物,因此科学家无不致力于研发更方便、即时的血糖侦测方式。

有别于传统利用玻璃或塑胶材料制作的光纤,蜘蛛丝不仅有良好的延展性、光波传输等物理性质,而且还有高度的生物兼容性,相当适合用于人体,研发团队由阳明交大刘承扬教授与台北医学大学医学系教授郑嘉雄及国研院台湾仪器科技研究中心陈维钧研究员、陈哲勤研究员合作。

团队从活蜘蛛取得天然的蜘蛛丝后,先是利用光固化树脂稳定蜘蛛丝的结构,再用斜向薄膜溅镀技术,在固化的蜘蛛丝表面溅镀一层薄薄的纳米金薄壳,以增加蜘蛛丝光纤对糖浓度的灵敏度,最后做成一根直径约略为头发,肉眼可视的光纤传感器。

团队通过“表面电浆子共振”(surface plasmon resonance, SPR)的光学物理原理,科学家可以计算出不同糖类在金属上的折射率,借以得知其浓度变化,而刘承扬教授研发的这款光纤传感器,经实验证实其传感功能在一年内都能保持相同灵敏度,且在室温与人体温度下都能正常运行。

事实上,为了找寻适合的材料,研发团队尝试过2到3种不同品种的蜘蛛,也在校内自行捕捉蜘蛛来做实验,可惜蜘蛛丝品质都不甚稳定,经过多方尝试才选定人脸蜘蛛为主要取丝对象,为了取出高品质的蜘蛛丝,研发团队还必须学习如何饲养蜘蛛、设计取丝方法等。

鄂暄蓓表示,人脸蜘蛛不仅巨大,一开始也很害怕背上有长脸的蜘蛛,取丝过程中蜘蛛不受控制乱跑也让研究团队伙伴们惊叫连连,研发团队在制作蜘蛛丝光纤的过程中,也尝试多种树脂、金银铜等金属,因此认识爬虫店老板、树脂厂商等,算是意外收获。

刘承扬指出,糖尿病患者需要餐前餐后监测血糖,一款可以长期适用于人体内,并即时精准测量血糖的传感器,不仅解决病患的难题,也能达到精准医学的目标,造福更多的慢性病患者,研究成果将刊登在今年9月的《Biomedical Optics Express》,并获选为该刊物的编辑精选。

(首图来源:阳明交大)