Неочаквано постижение: компасът на смартфона дава възможност за измерване на нивата на глюкозата

Изследователи от Националния институт по стандартизация и технологии (NIST) са разработили нов интересен метод. Той използва магнитометъра на мобилния телефон за измерване на концентрацията на глюкозата с висока точност. Учените са използвали специални хидрогелни тестови ленти, които променят формата си, когато са изложени на биологични сигнали, и са добавили към тях магнитни частици. Когато хидрогелът променя формата си, магнитните частици се движат. А магнитометърът на мобилния телефон регистрира тези промени в магнитното поле. Използвайки тази стратегия, изследователите измерват и най-малките концентрации на глюкоза – няколко милионни части от мола. Този бърз и евтин метод може да бъде полезен за наблюдение или диагностициране на заболявания, както и за откриване на токсини.

Учените прикрепват към мобилен телефон малка клетка, съдържаща тествания разтвор и тестова лента от хидрогел. Изследователите са вградили малки магнитни частици в хидрогела, които реагират на наличието на глюкоза и на нивото на рН (мярка за киселинност), като се разширяват или свиват. Промените в нивата на рН могат да са свързани с множество биологични разстройства.

Когато хидрогеловете се разширяват или свиват, те приближават или отдалечават магнитните частици от магнитометъра на мобилния телефон, който регистрира съответните промени в силата на магнитното поле. Използвайки тази стратегия, изследователите измерват концентрацията на глюкоза дори само в няколко милионни части от мола. Това е единица за измерване на броя на атомите или молекулите в дадено вещество. Макар че тази висока чувствителност не е необходима за домашно измерване на глюкозата с помощта на капка кръв, в бъдеще тя ще позволи рутинно изследване на глюкозата в слюнката. А тя има много по-ниска концентрация на захар.

Хидрогелите, които екипът използва, са евтини и сравнително лесни за производство. И могат да бъдат адаптирани да реагират на много различни съединения. При експериментите си учените полагат по един слой от два различни хидрогела. Всеки от тях се свива и разширява с различна скорост в зависимост от рН или глюкозата. Тези бислоеве засилват движението на хидрогеловете, което улеснява магнитометъра да проследява промените в силата на магнитното поле. Този метод не изисква никаква електроника или източник на захранване, освен мобилен телефон. Не се изисква и специална обработка на пробите. Следователно той може да бъде евтин начин за провеждане на тестове, дори на места с малко ресурси.

Един домашен тест, при който се използва магнитометър, чувствителен към наномоларни концентрации (милиардни части от мола), ще позволи измерванията да се извършват с много по-малко усилия. Така например измерването на хистамина, който обикновено се открива в урината в концентрации между 45 и 190 наномола, изисква 24-часово събиране на урина. Както и сложен лабораторен анализ. Повишената чувствителност е полезна, когато за изследването са налични само малки количества от дадено вещество в изключително разредени количества.

Магнитометърът може да измерва нивата на рН със същата чувствителност като настолен уред за хиляда долара. Само че за малка част от цената. Един пивовар или пекар може да използва компаса на смартфона у дома, за бързото определяне на рН на различните течности. По този начин той може да усъвършенства своите познания. А ученият, занимаващ се с опазване на околната среда, би могъл да измерва рН на проби от подпочвените води директно на място. При това с по-голяма точност, отколкото може да осигури лакмусовата лента.

В бъдеще измерванията с помощта на магнитометрите на смартфоните биха могли да откриват ДНК нишките, специфичните протеини и хистамините в концентрации, достигащи до няколко десетки наномола. Но за да имат измерванията със смартфони търговски успех, инженерите трябва да разработят метод за масово производство на хидрогелни тест ленти и да осигурят дълъг срок на годност.