I en proof-of-concept-studie brukte forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) en smarttelefons innebygde magnetometer, kombinert med hydrogeler som endrer form som svar på spesifikke signaler, for å måle sukkerkonsentrasjoner i drikkevarer. Plattformen, sier de, kan potensielt brukes til å måle glukose i biologiske prøver, oppdage miljøgifter eller til og med teste pH til væsker i et hjemmebryggeri.
At en smarttelefon kan brukes som et kompass er takket være magnetometeret som måler jordens magnetfelt (eller en lokal kilde til magnetisme) i tre retninger. Postdoktor Mark Ferris og prosjektleder Gary Zabow, som begge jobber i Avdeling for anvendt fysikk ved NIST, bestemte seg for å bruke smarttelefonmagnetometre for å måle kjemiske bestanddeler i prøver.
«Vi prøver å lage en ny sanseplattform, og spesielt prøver vi å lage noe som er veldig tilgjengelig for mange mennesker. Så vi har brukt en mobiltelefon, som de fleste allerede har, som grunnlag for sensorplattformen, sier Zabow.
"Vi tror [sanseplattformen er] et godt supplement til optiske smarttelefonenheter som allerede er der ute som kan ha litt større problemer med å komme rundt autofluorescens, spredning og så videre i grumsete prøver... Det er der, generelt sett, magnetikk gjør det bedre, " legger Ferris til.
Den magnetikkbaserte sensorplattformen henger på hydrogeler – materialer som sveller når de senkes i vann – som er innebygd med små magnetiske partikler. Hydrogelene reagerer på tilstedeværelsen av forskjellige kjemiske bestanddeler i en prøve, for eksempel glukose, eller på endrede pH-nivåer.
Plattformen fungerer ved å klemme til en smarttelefon en liten brønn som inneholder noen få milliliter testløsning og en stripe med hydrogel. Når hydrogelene forstørrer eller krymper, flytter de magnetpartiklene nærmere eller far fra magnetometeret, som oppdager og måler tilsvarende endringer i magnetfeltets styrke.
Forskerne valgte å bruke en stabel med hydrogeler for å forsterke partikkelbevegelsen, noe som gjør det lettere å måle endringer i magnetfeltstyrken.
"Magnetikk egner seg til å være direkte kvantitativ," sier Zabow. «Det er et tall du måler, styrken til magnetfeltet. Det er ikke et bilde du trenger å konvertere til noe som er kvantitativt.»
Så langt har forskerne demonstrert proof-of-concept i sensorplattformen ved å bruke kontrollprøver, inkludert vin og champagne. De observerte at en vin med høyt sukkerinnhold (sangria) induserte en større endring i magnetfeltet enn alternativer med lavt sukkerinnhold (pinot grigio og champagne brut). Glukosekonsentrasjoner ble målt ved høye følsomheter, så små som noen milliondeler av en mol per liter.
Føleplattformen er billig og relativt enkel å bygge og kan brukes på steder med relativt få ressurser.
Smarttelefonkamera kan muliggjøre hjemmeovervåking av oksygennivåer i blodet
Forskernes neste skritt vil være å forbedre plattformens sensitivitet og spesifisitet, noe som kan løses ved å endre hydrogelkjemien eller ved å inkorporere hydrogeler som er følsomme for forskjellige analytter.
"Det er noen skritt som må tas først, når det gjelder spesifisiteten til testene for å sikre at når du måler glukose eller pH - det er de to eksemplene i papiret - er det ingen interferens, du får ikke noen annet utilsiktet bidrag fra noe annet i løsningen. Det er et spørsmål om spesifisiteten til hydrogelteststrimlene, og det er noe vi fortsatt må jobbe med, sier Zabow.
Denne studien er publisert i Nature Communications.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/
