Οι ερευνητές του NIST αναπτύσσουν αισθητήρα αναλυτών που βασίζεται σε μαγνητικά στοιχεία - Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor-physics-world-2.jpg" data-caption="Πλατφόρμα αισθητήρων smartphone Το μαγνητόμετρο ενός smartphone συνδυάζεται με μια μαγνητισμένη υδρογέλη για τη μέτρηση μιας ποικιλίας βιοϊατρικών ιδιοτήτων σε υγρά δείγματα. (Ευγενική προσφορά: K Dill/NIST)”>

Σε μια μελέτη απόδειξης της ιδέας, ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) χρησιμοποίησαν το ενσωματωμένο μαγνητόμετρο ενός smartphone, σε συνδυασμό με υδρογέλες που αλλάζουν το σχήμα τους ως απόκριση σε συγκεκριμένες ενδείξεις, για να μετρήσουν τις συγκεντρώσεις σακχάρου στα ποτά. Η πλατφόρμα, λένε, θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της γλυκόζης σε βιολογικά δείγματα, την ανίχνευση περιβαλλοντικών τοξινών ή ακόμα και για τη δοκιμή του pH των υγρών σε ένα ζυθοποιείο στο σπίτι.

Το ότι ένα smartphone μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πυξίδα οφείλεται στο μαγνητόμετρο του, το οποίο μετρά το μαγνητικό πεδίο της Γης (ή μια τοπική πηγή μαγνητισμού) σε τρεις κατευθύνσεις. Μεταδιδακτορικός ερευνητής Μαρκ Φέρις και επικεφαλής του έργου Γκάρι Ζαμπόου, οι οποίοι και οι δύο εργάζονται στο Τμήμα Εφαρμοσμένης Φυσικής στο NIST, αποφάσισε να χρησιμοποιήσει μαγνητόμετρα smartphone για τη μέτρηση χημικών συστατικών σε δείγματα.

«Προσπαθούμε να φτιάξουμε μια νέα πλατφόρμα ανίχνευσης, και συγκεκριμένα, προσπαθούμε να φτιάξουμε κάτι που είναι πολύ προσιτό σε πολλούς ανθρώπους. Και έτσι χρησιμοποιούμε ένα κινητό τηλέφωνο, το οποίο οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν ήδη, ως βάση της πλατφόρμας αισθητήρων», λέει ο Zabow.

«Πιστεύουμε ότι [η πλατφόρμα ανίχνευσης είναι] ένα καλό συμπλήρωμα για τις οπτικές συσκευές smartphone που υπάρχουν ήδη εκεί έξω, οι οποίες μπορεί να έχουν λίγο μεγαλύτερο πρόβλημα να ξεπεράσουν τον αυτοφθορισμό, τη σκέδαση και ούτω καθεξής σε θολά δείγματα… Εκεί είναι που, γενικά, τα μαγνητικά κάνουν καλύτερα, », προσθέτει ο Ferris.

Η πλατφόρμα ανίχνευσης με βάση τα μαγνητικά εξαρτήματα βασίζεται σε υδρογέλες – υλικά που διογκώνονται όταν βυθίζονται στο νερό – που είναι ενσωματωμένα με μικροσκοπικά μαγνητικά σωματίδια. Οι υδρογέλες αντιδρούν στην παρουσία διαφορετικών χημικών συστατικών ενός δείγματος, όπως η γλυκόζη, ή στην αλλαγή των επιπέδων του pH.

Η πλατφόρμα λειτουργεί σφίγγοντας σε ένα smartphone ένα μικρό φρεάτιο που περιέχει μερικά χιλιοστόλιτρα διαλύματος δοκιμής και μια λωρίδα υδρογέλης. Καθώς οι υδρογέλες μεγεθύνονται ή συρρικνώνονται, μετακινούν τα μαγνητικά σωματίδια πιο κοντά ή τον πατέρα από το μαγνητόμετρο, το οποίο ανιχνεύει και μετρά τις αντίστοιχες αλλαγές στην ισχύ του μαγνητικού πεδίου.

Οι ερευνητές επέλεξαν να χρησιμοποιήσουν μια στοίβα από υδρογέλες για να ενισχύσουν την κίνηση των σωματιδίων, καθιστώντας ευκολότερη τη μέτρηση των αλλαγών στην ένταση του μαγνητικού πεδίου.

«Τα μαγνητικά προσφέρεται στο να είναι άμεσα ποσοτικά», λέει ο Zabow. «Είναι ένας αριθμός που μετράς, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου. Δεν είναι μια εικόνα που πρέπει να μετατρέψεις σε κάτι που να είναι ποσοτικό».

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν αποδείξει την απόδειξη της ιδέας στην πλατφόρμα ανίχνευσης χρησιμοποιώντας δείγματα ελέγχου ελέγχου, συμπεριλαμβανομένου του κρασιού και της σαμπάνιας. Παρατήρησαν ότι ένα κρασί με υψηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρη (sangria) προκάλεσε μεγαλύτερη αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο από τις επιλογές με χαμηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρη (pinot grigio και champagne brut). Οι συγκεντρώσεις γλυκόζης μετρήθηκαν σε υψηλές ευαισθησίες, τόσο μικρές όσο μερικά εκατομμυριοστά του mole ανά λίτρο.

Η πλατφόρμα ανίχνευσης είναι φθηνή και σχετικά εύκολη στην κατασκευή και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε τοποθεσίες με σχετικά λίγους πόρους.

Τα επόμενα βήματα των ερευνητών θα είναι να βελτιώσουν την ευαισθησία και την ειδικότητα της πλατφόρμας, η οποία μπορεί να αντιμετωπιστεί αλλάζοντας τη χημεία της υδρογέλης ή ενσωματώνοντας υδρογέλες που είναι ευαίσθητες σε διαφορετικούς αναλύτες.

«Υπάρχουν ορισμένα βήματα που πρέπει να γίνουν πρώτα, όσον αφορά την ειδικότητα των δοκιμών για να διασφαλιστεί ότι όταν μετράτε τη γλυκόζη ή το pH - αυτά είναι τα δύο παραδείγματα στο χαρτί - δεν υπάρχει καμία παρέμβαση, δεν λαμβάνετε κάποια άλλη ακούσια συνεισφορά από κάτι άλλο στη λύση. Αυτό είναι ένα ζήτημα εξειδίκευσης των δοκιμαστικών ταινιών υδρογέλης και αυτό είναι κάτι στο οποίο πρέπει να δουλέψουμε ακόμα», λέει ο Zabow.

Αυτή η μελέτη δημοσιεύεται στο Nature Communications.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/