I en proof-of-concept-studie använde forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) en smartphones inbyggda magnetometer, kombinerat med hydrogeler som ändrar form som svar på specifika signaler, för att mäta sockerkoncentrationer i drycker. Plattformen, säger de, skulle potentiellt kunna användas för att mäta glukos i biologiska prover, upptäcka miljögifter eller till och med testa vätskors pH i ett hemmabryggeri.
Att en smartphone kan användas som kompass är tack vare dess magnetometer, som mäter jordens magnetfält (eller en lokal magnetisk källa) i tre riktningar. Postdoktor Mark Ferris och projektledare Gary Zabow, som båda arbetar i Avdelningen för tillämpad fysik vid NIST, bestämde sig för att använda smartphonemagnetometrar för att mäta kemiska beståndsdelar i prover.
"Vi försöker skapa en ny avkänningsplattform, och i synnerhet försöker vi göra något som är mycket tillgängligt för många människor. Och så vi har använt en mobiltelefon, som de flesta redan har, som bas för sensorplattformen, säger Zabow.
"Vi tror att [avkänningsplattformen är] ett bra komplement till optiska smartphoneenheter som redan finns där ute och som kan ha lite större problem med att ta sig runt autofluorescens, spridning och så vidare i grumliga prover...Det är där, i allmänhet, magnetiken gör bättre, ” tillägger Ferris.
Den magnetiska avkänningsplattformen hänger på hydrogeler – material som sväller när de sänks ned i vatten – som är inbäddade med små magnetiska partiklar. Hydrogelerna reagerar på närvaron av olika kemiska beståndsdelar i ett prov, såsom glukos, eller på förändrade pH-nivåer.
Plattformen fungerar genom att klämma fast en liten brunn som innehåller några milliliter testlösning och en remsa med hydrogel på en smartphone. När hydrogelerna förstoras eller krymper flyttar de magnetpartiklarna närmare eller far från magnetometern, som upptäcker och mäter motsvarande förändringar i magnetfältets styrka.
Forskarna valde att använda en stapel med hydrogeler för att förstärka partikelrörelsen, vilket gör det lättare att mäta förändringar i magnetfältets styrka.
"Magnetik lämpar sig för att vara direkt kvantitativ," säger Zabow. ”Det är ett tal man mäter, styrkan på magnetfältet. Det är inte en bild som du behöver konvertera till något som är kvantitativt.”
Hittills har forskarna visat proof-of-concept i avkänningsplattformen med hjälp av kontrollprover, inklusive vin och champagne. De observerade att ett vin med hög sockerhalt (sangria) inducerade en större förändring i magnetfältet än alternativ med låg sockerhalt (pinot grigio och champagne brut). Glukoskoncentrationer mättes vid höga känsligheter, så små som några miljondelar av en mol per liter.
Avkänningsplattformen är billig och relativt lätt att bygga och skulle kunna användas på platser med relativt få resurser.
Smartphonekamera kan möjliggöra övervakning av syrenivåer i blodet hemma
Forskarnas nästa steg blir att förbättra plattformens känslighet och specificitet, vilket kan åtgärdas genom att ändra hydrogelkemin eller genom att införliva hydrogeler som är känsliga för olika analyter.
"Det finns några steg som måste tas först, när det gäller specificiteten av testerna för att säkerställa att när du mäter glukos eller pH - det är de två exemplen i tidningen - det finns ingen störning, du får inte några annat oavsiktligt bidrag från något annat i lösningen. Det är en fråga om specificitet för hydrogeltestremsorna, och det är något som vi fortfarande måste arbeta med, säger Zabow.
Denna studie är publicerad i Nature Communications.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/
