Компас в смартфоне позволяет измерять уровень глюкозы

Ученые прикрепили к мобильному телефону крошечную ячейку, содержащую тестируемый раствор и гидрогелевую тест-полоску. Исследователи внедрили крошечные магнитные частицы в гидрогель, который реагировал либо на присутствие глюкозы, либо на уровень pH (показатель кислотности), расширяясь или сжимаясь. Изменение уровня pH может быть связано со многими биологическими нарушениями.

По мере того, как гидрогели увеличивались или сжимались, они перемещали магнитные частицы ближе или дальше от магнитометра мобильного телефона, который обнаруживал соответствующие изменения в силе магнитного поля. Используя эту стратегию, исследователи измерили концентрацию глюкозы всего в несколько миллионных моля (единица измерения количества атомов или молекул в веществе). Хотя такая высокая чувствительность не требуется для домашнего мониторинга уровня глюкозы с использованием капли крови, в будущем она позволит проводить рутинное тестирование глюкозы в слюне, которая содержит гораздо меньшую концентрацию сахара.

Гидрогели, которые использовала команда, недороги и относительно просты в изготовлении, и их можно адаптировать для реакции на множество различных соединений. В своих экспериментах ученые сложили один слой из двух разных гидрогелей, каждый из которых сжимался и расширялся с разной скоростью в зависимости от pH или глюкозы. Эти бислои усиливали движение гидрогелей, облегчая магнитометру отслеживание изменений напряженности магнитного поля. Этот метод не требует электроники или источника питания, кроме мобильного телефона, а также специальной обработки образца. Поэтому он может стать недорогим способом проведения тестирования, даже в местах с небольшим количеством ресурсов.

Тест в домашних условиях с использованием магнитометра, чувствительного к наномолярным концентрациям (миллиардным долям моля), позволит проводить измерения с гораздо меньшими хлопотами. Так, измерение гистамина, который обычно обнаруживается в моче в концентрациях от 45 до 190 наномолей, требует 24-часового сбора мочи и сложного лабораторного анализа. Повышенная чувствительность пригодится, когда для тестирования доступно лишь небольшое количество вещества в чрезвычайно разбавленных количествах.

Магнитометр может измерять уровни pH с той же чувствительностью, что и настольный измеритель стоимостью в тысячу долларов, но за небольшую стоимость. Пивовар или пекарь могут использовать компас смартфона в домашних условиях для быстрого определения pH различных жидкостей, чтобы усовершенствовать свое ремесло. А ученый-эколог мог бы измерить pH проб грунтовых вод на месте с более высокой точностью, чем могла бы обеспечить лакмусовая полоска.

В будущем измерения с использованием магнитометров смартфонов позволят обнаруживать нити ДНК, специфические белки и гистамины в концентрациях всего в несколько десятков наномолей. Но, чтобы измерения с помощью смартфонов имели коммерческий успех, инженерам необходимо разработать метод массового производства гидрогелевых тест-полосок и обеспечить длительный срок хранения.