개념 증명 연구에서 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들은 특정 신호에 반응하여 모양을 바꾸는 하이드로겔과 결합된 스마트폰에 내장된 자력계를 사용하여 음료의 설탕 농도를 측정했습니다. 그들은 이 플랫폼이 잠재적으로 생물학적 샘플에서 포도당을 측정하고, 환경 독소를 감지하고, 심지어 집에서 양조장에서 액체의 pH를 테스트하는 데 사용될 수 있다고 말합니다.
스마트폰이 나침반으로 사용될 수 있는 것은 세 방향에서 지구 자기장(또는 국지적인 자기장)을 측정하는 자력계 덕분입니다. 박사후 연구원 마크 페리스 그리고 프로젝트 리더 게리 자보우, 두 사람 모두 해당 회사에서 근무하고 있습니다. NIST 응용물리학부, 샘플의 화학 성분을 측정하기 위해 스마트폰 자력계를 사용하기로 결정했습니다.
“우리는 새로운 감지 플랫폼을 만들려고 노력하고 있으며, 특히 많은 사람들이 쉽게 접근할 수 있는 것을 만들려고 노력하고 있습니다. 그래서 우리는 대부분의 사람들이 이미 갖고 있는 휴대폰을 센서 플랫폼의 기반으로 사용해 왔습니다.”라고 Zabow는 말합니다.
“우리는 [감지 플랫폼이] 어두운 샘플에서 자가형광, 산란 등을 해결하는 데 좀 더 많은 문제가 있을 수 있는 이미 시중에 나와 있는 광학 스마트폰 장치에 대한 좋은 보완책이라고 생각합니다. 일반적으로 자기가 더 나은 점은 바로 이 부분입니다. "페리스는 덧붙였습니다.
자기 기반 감지 플랫폼은 작은 자성 입자가 내장된 하이드로겔(물에 담그면 부풀어오르는 물질)에 달려 있습니다. 하이드로겔은 포도당과 같은 시료의 다양한 화학 성분의 존재 또는 pH 수준 변화에 반응합니다.
이 플랫폼은 몇 밀리리터의 테스트 용액과 하이드로겔 스트립이 들어 있는 작은 우물을 스마트폰에 고정하여 작동합니다. 하이드로겔이 확대되거나 수축됨에 따라 자력계에 더 가깝게 자성 입자를 이동시키거나 자력계에서 멀어지게 하여 자력계의 강도 변화를 감지하고 측정합니다.
연구진은 입자 운동을 증폭시키기 위해 하이드로겔 스택을 사용하여 자기장 강도의 변화를 더 쉽게 측정하기로 결정했습니다.
"자기학은 직접적인 정량화에 적합합니다"라고 Zabow는 말합니다. “그것은 측정하는 숫자, 즉 자기장의 세기입니다. 정량적인 것으로 변환해야 하는 그림이 아닙니다.”
지금까지 연구원들은 와인과 샴페인을 포함한 대조 테스트 샘플을 사용하여 감지 플랫폼에서 개념 증명을 시연했습니다. 그들은 설탕 함량이 높은 와인(상그리아)이 설탕 함량이 낮은 와인(피노 그리지오 및 샴페인 브뤼)보다 자기장의 더 큰 변화를 유발한다는 것을 관찰했습니다. 포도당 농도는 리터당 수백만분의 1몰만큼 작은 고감도에서 측정되었습니다.
감지 플랫폼은 저렴하고 상대적으로 구축하기 쉬우며 자원이 상대적으로 적은 위치에서 사용할 수 있습니다.
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연구진의 다음 단계는 플랫폼 민감도와 특이성을 향상시키는 것인데, 이는 하이드로겔 화학을 변경하거나 다양한 분석물질에 민감한 하이드로겔을 통합함으로써 해결할 수 있습니다.
“테스트의 특이성 측면에서 먼저 취해야 할 몇 가지 단계가 있습니다. 포도당이나 pH를 측정할 때 간섭이 없고, 어떤 결과도 얻지 못하는지 확인하는 것입니다. 솔루션의 다른 것에서 발생한 다른 부주의한 기여. 이는 하이드로겔 테스트 스트립의 특이성에 대한 문제이며 우리가 여전히 연구해야 할 부분입니다.”라고 Zabow는 말합니다.
이 연구는 자연 통신.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/
