Исследователи NIST разработали датчик аналитов на основе магнетизма

Переиздано Платоном

Читают: 0

Магнитометр мобильного телефона измеряет концентрацию аналита — **Сенсорная платформа для смартфона** Магнитометр смартфона объединен с намагниченным гидрогелем для измерения различных биомедицинских свойств жидких образцов. (С разрешения: К. Дилл/НИСТ)

В исследовании, подтверждающем концепцию, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) использовали встроенный в смартфон магнитометр в сочетании с гидрогелями, которые меняют свою форму в ответ на определенные сигналы, для измерения концентрации сахара в напитках. По их словам, платформу потенциально можно использовать для измерения уровня глюкозы в биологических образцах, обнаружения токсинов в окружающей среде или даже для проверки pH жидкостей на домашней пивоварне.

Смартфон можно использовать в качестве компаса благодаря магнитометру, который измеряет магнитное поле Земли (или локального источника магнетизма) в трех направлениях. Постдокторант-исследователь Марк Феррис и руководитель проекта Гэри Забоу, оба работают в Отдел прикладной физики НИСТ, решили использовать магнитометры для смартфонов для измерения химических компонентов в образцах.

«Мы пытаемся создать новую сенсорную платформу и, в частности, пытаемся сделать что-то, что будет очень доступно для многих людей. Поэтому в качестве основы сенсорной платформы мы использовали сотовый телефон, который уже есть у большинства людей», — говорит Забоу.

«Мы считаем, что [сенсорная платформа является] хорошим дополнением к оптическим устройствам для смартфонов, которые уже существуют, и у которых могут возникнуть немного большие проблемы с автофлуоресценцией, рассеянием и т. д. в мутных образцах… Вот где, в целом, магнетика работает лучше, — добавляет Феррис.

Сенсорная платформа, основанная на магнетизме, основана на гидрогелях — материалах, которые набухают при погружении в воду, — в которые встроены мельчайшие магнитные частицы. Гидрогели реагируют на присутствие различных химических компонентов образца, таких как глюкоза, или на изменение уровня pH.

Платформа работает, прикрепляя к смартфону небольшую лунку, содержащую несколько миллилитров тестового раствора и полоску гидрогеля. По мере того, как гидрогели увеличиваются или сжимаются, они перемещают магнитные частицы ближе к магнитометру или от него, который обнаруживает и измеряет соответствующие изменения силы магнитного поля.

Исследователи решили использовать стопку гидрогелей для усиления движения частиц, что упрощает измерение изменений напряженности магнитного поля.

«Магнетизм позволяет быть непосредственно количественным», — говорит Забоу. «Это число, которым вы измеряете силу магнитного поля. Это не картинка, которую нужно преобразовать во что-то количественное».

На данный момент исследователи продемонстрировали проверку концепции сенсорной платформы, используя контрольные тестовые образцы, включая вино и шампанское. Они заметили, что вино с высоким содержанием сахара (сангрия) вызывает большее изменение магнитного поля, чем варианты с низким содержанием сахара (пино гриджио и шампанское брют). Концентрации глюкозы измерялись с высокой чувствительностью, составляющей всего несколько миллионных моля на литр.

Сенсорная платформа недорога, относительно проста в сборке и может использоваться в местах с относительно небольшим количеством ресурсов.

Камера смартфона может позволить дома контролировать уровень кислорода в крови

Следующими шагами исследователей будет улучшение чувствительности и специфичности платформы, что можно решить путем изменения химического состава гидрогеля или путем включения гидрогелей, чувствительных к различным аналитам.

«Сначала необходимо предпринять некоторые шаги с точки зрения специфичности тестов, чтобы гарантировать, что при измерении глюкозы или pH (это два примера в статье) не возникает помех, вы не получаете каких-либо результатов. другой непреднамеренный вклад чего-то еще в решение. Это вопрос специфичности гидрогелевых тест-полосок, и над этим нам еще предстоит работать», — говорит Забоу.

Это исследование опубликовано в Природа связи.