W badaniu weryfikującym koncepcję naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) wykorzystali wbudowany w smartfonie magnetometr w połączeniu z hydrożelami, które zmieniają swój kształt w odpowiedzi na określone sygnały, do pomiaru stężenia cukru w napojach. Twierdzą, że platformę można potencjalnie wykorzystać do pomiaru glukozy w próbkach biologicznych, wykrywania toksyn środowiskowych, a nawet testowania pH płynów w przydomowym browarze.
Smartfon może służyć jako kompas dzięki magnetometrowi, który mierzy pole magnetyczne Ziemi (lub lokalne źródło magnetyzmu) w trzech kierunkach. Habilitowany naukowiec Marka Ferrisa i lider projektu Gary'ego Zabowaobydwoje pracują w Wydział Fizyki Stosowanej NIST, postanowili zastosować magnetometry do smartfonów do pomiaru składników chemicznych w próbkach.
„Próbujemy stworzyć nową platformę sensoryczną, a w szczególności staramy się stworzyć coś, co będzie bardzo dostępne dla wielu ludzi. Dlatego też jako podstawę platformy czujników wykorzystaliśmy telefon komórkowy, z którego korzysta już większość ludzi” – mówi Zabow.
„Uważamy, że [platforma czujnikowa jest] dobrym uzupełnieniem dostępnych już optycznych smartfonów, które mogą mieć nieco większe problemy z poruszaniem się po autofluorescencji, rozpraszaniu itp. w mętnych próbkach… W tym przypadku, ogólnie rzecz biorąc, magnes radzi sobie lepiej, – dodaje Ferris.
Platforma czujników wykorzystująca pola magnetyczne opiera się na hydrożelach – materiałach, które pęcznieją po zanurzeniu w wodzie – osadzonych w maleńkich cząsteczkach magnetycznych. Hydrożele reagują na obecność różnych składników chemicznych próbki, takich jak glukoza, lub na zmianę poziomu pH.
Platforma działa poprzez przymocowanie do smartfona małej studzienki zawierającej kilka mililitrów roztworu testowego i pasek hydrożelu. Gdy hydrożele powiększają się lub kurczą, przesuwają cząstki magnetyczne bliżej magnetometru lub oddalają go od magnetometru, który wykrywa i mierzy odpowiednie zmiany w natężeniu pola magnetycznego.
Naukowcy zdecydowali się zastosować stos hydrożeli do wzmocnienia ruchu cząstek, co ułatwi pomiar zmian w natężeniu pola magnetycznego.
„Magnetyka ma charakter bezpośrednio ilościowy” – mówi Zabow. „Mierzy się liczbę, siłę pola magnetycznego. To nie jest obraz, który trzeba przekształcić w coś ilościowego”.
Jak dotąd badacze wykazali słuszność koncepcji na platformie czujnikowej, korzystając z kontrolnych próbek testowych, w tym wina i szampana. Zaobserwowali, że wino o wysokiej zawartości cukru (sangria) indukowało większą zmianę pola magnetycznego niż wina o niskiej zawartości cukru (pinot grigio i szampan brut). Stężenia glukozy mierzono z dużą czułością, rzędu kilku milionowych mola na litr.
Platforma czujnikowa jest niedroga i stosunkowo łatwa w budowie i może być używana w lokalizacjach o stosunkowo niewielkich zasobach.
Kamera w smartfonie może umożliwić monitorowanie poziomu tlenu we krwi w domu
Kolejnymi krokami badaczy będzie poprawa czułości i specyficzności platformy, czemu można zaradzić, zmieniając skład chemiczny hydrożeli lub włączając hydrożele wrażliwe na różne anality.
„Najpierw należy podjąć pewne kroki, jeśli chodzi o swoistość testów, aby mieć pewność, że podczas pomiaru glukozy lub pH – to dwa przykłady w artykule – nie wystąpią żadne zakłócenia, nie zostanie uzyskany jakiś pomiar inny niezamierzony wkład czegoś innego w rozwiązanie. To kwestia specyficzności hydrożelowych pasków testowych i nad tym musimy jeszcze popracować” – mówi Zabow.
Badanie to zostało opublikowane w Nature Communications.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/
