Czujniki optyczne na bazie jedwabiu

Czujniki optyczne na bazie jedwabiu

Naukowcy z Tufts University wykorzystują kokony jedwabnika do tworzenia optycznych materiałów, które mogą stanowić podstawę, między innymi, dla czujników optycznych. Fiorenzo Omenetto, biotechnolog z uniwersytetu, który jest autorem wynalazku wierzy, że technologia ta pozwoli budować implantowane, biodegradowalne czujniki, które pomogą monitorować zdrowie pacjentów.

Idea wykorzystania jedwabnika do budowy urządzeń optycznych zainspirowana została przez Davida Kaplana z Tufts University, który wykorzystuje jedwab do rogówkowych implantów.

Omenetto doszedł do wniosku, że skoro jedwab jest dość dobry, by służyć do budowy sztucznej rogówki, może również posłużyć jako element urządzeń optycznych. Jak się okazało, jedwabne urządzenia w niczym nie ustępują tym zrobionym z tradycyjnych materiałów optycznych, jak szkło, czy plastik, a w niektórych przypadkach są nawet lepsze. A co więcej, w odróżnieniu od tych materiałów, jedwab nie wymaga obróbki w wysokich temperaturach, czy z użyciem chemikaliów.

To jeden z powodów, dla których jedwab tak dobrze nadaje się do bioczujników, gdyż urządzenia jedwabne mogą być wytwarzane w delikatnych środowiskach i można instalować w nich dodatkowe biologiczne molekuły, służące za czujniki.

Omenetto wykorzystuje kokony wytworzone przez jedwabnika Bombyx Mori. Najpierw „rozcinasz kokon i usuwasz jedwabnika.” – stwierdził Omenetto. Nastepnie należy ugotować kokony w roztworze węglanu sodowego. Po wyschnięciu, jedwabne włókna rozpuszczane są w roztworze bromku litu. Po ostudzeniu, roztwór poddawany jest dializie.

Efektem procesu jest lepki roztwór oczyszczonej fibroiny (białka jedwabiu), który stanowi substrat optycznych elementów Omenetto. Chcąc uzyskać konkretny bioczujnik, dodaje on określoną proteinę. „Otrzymujesz taki wodnisty roztwór, który możesz zmieszać z czym tylko chcesz.” – dodał.

Jednym ze skonstruowanych w tej technologii urządzeń jest hologram pokazujący, że jedwab jest tak samo uniwersalny jak inne optyczne materiały. W laboratorium, Jason Amsden za pomocą pipety umieścił roztwór jedwabiu na szablonie logo Tufts. Następnie pozostawił roztwór w temperaturze pokojowej na około 8 godzin, by proteiny ułożyły się w elastyczny, nieregularny owal wyświetlający logo w postaci trójwymiarowego opalizującego różowo niebieskiego wzoru.

Innym przykładem urządzenia jest półprzezroczysta czerwona karta impregnowana hemoglobiną i pokryta kilkoma optycznymi elementami, w tym pryzmatem.

Karta zachowuje się jak prosty czujnik tlenu; światło przechodząc przezeń nieznacznie zmienia długość fali, w zależności od ilości tlenu, który przylgnie do hemoglobiny. Zmiany te, choć niedostrzegalne dla gołego oka, mogą być wykrywane przez fotodiodę.

(lk)