Блог компании ua-hosting.company. Одной из отличительных черт современного мира являются мобильные или носимые устройства. Смартфоны, в отличие от своих предшественников, выполняют множество функций помимо голосовой или текстовой связи. Использование смартфонов и носимой электроники в диагностических целях также стало более распространенным благодаря технологическому прогрессу, а также благодаря труду ученых и инженеров.

Многие диагностические приложения основаны на оптике и, как следствие, используют камеру телефона в качестве сенсорного интерфейса. Куда меньше внимания уделяется компасу телефона (магнитомеру), хотя потенциал этого устройства в диагностике велик. Ученые из Национального института стандартов и технологий (США) разработали методику диагностики уровня глюкозы, которая задействует магнитомер смартфона. Как именно был использован магнитомер, и насколько точна такая диагностика? Ответы на эти вопросы мы узнаем в докладе ученых.

Основа исследования

Ученые отмечают, что разработки в области диагностики через носимые или мобильные устройства является не просто новшеством ради новшества. Многие методы диагностики связаны с большим оборудованием, высокой стоимостью и высокими требованиями к знаниям оператора. Следовательно, создание портативных и простых в использовании диагностических устройств позволит нивелировать вышеописанные требования, тем самым подарив доступ к диагностике людям из самых разных уголков планеты. Однако далеко не все носимые устройства можно считать беспроблемными, так как для преобразования их в диагностическую платформу могут потребоваться значительные конструктивные или программные изменения.

По-настоящему интегрированный анализ с помощью смартфонов, не требующий дополнительных датчиков, питания или электроники, кроме тех, которые уже встроены в телефон, может лучше обеспечить широкое распространение диагностики. В этой области был достигнут значительный прогресс, в частности, благодаря разработкам, создавшим мобильные инструменты микроскопии, которые используют встроенную камеру смартфона и специальную насадку на нее. Однако аналогичное использование встроенных в смартфоны магнитометров помимо предполагаемого использования компаса по-прежнему практически не существует.

Несмотря на присущие ему преимущества, в том числе возможность проводить количественные измерения непосредственно из непрозрачных образцов с минимальной предварительной подготовкой проб или вообще без нее, а также невосприимчивость к автофлуоресценции и светорассеянию, телефонный магнитометр до сих пор не использовался для измерения или мониторинга аналитов в медицине или экологии.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые решили объединить компас смартфона и намагниченный, меняющий форму гидрогелевый композит.

Гидрогели представляют собой гидрофильные трехмерные сшитые полимерные сетки, которые набухают в воде, сохраняя при этом свою связанную структуру. Благодаря дополнительной функциональности «умные» гидрогели могут претерпевать обратимые изменения объема в целенаправленной реакции на определенные химические или физические стимулы, что делает их отличными материалами для различных применений. Хотя некоторые умные гидрогели обладают впечатляющей степенью набухания, вызванного аналитом, реакция на другие мишени аналита, такие как глюкоза, часто ограничивается более скромными изменениями (~ 10% по длине). Однако это скромное изменение можно усилить за счет инженерных изменений состава и/или геометрии гидрогеля. Например, как и в случае с металлическими биморфами внутри термостатов, усиленное скручивающее движение можно создать с помощью двухслойных гидрогелевых структур, где два соединенных слоя умного гидрогеля набухают в разной степени в ответ на определенный стимул, или где умный гидрогель соединен со вторым инертным слоем.

В предыдущих исследованиях умные гидрогели комбинировались с магнитным материалом для создания датчиков, которые преобразуют расширения (расширения или сжатия) гидрогеля в изменяющиеся сигналы магнитного поля. Однако в этих сенсорных конструкциях до сих пор использовалось только расширение однородного состава, т. е. гомогенных гидрогелевых материалов, которые смещают положение любого связанного (прикрепленного или встроенного) магнитного материала на относительно небольшие расстояния, что требует сильных магнитов и/или чувствительных магнитометров для обнаружения движения.

Напротив, бислои гидрогеля могут усиливать движение любого связанного с ним магнитного материала, иногда на порядки, аналогичным образом усиливая изменение любых измеренных полей от этих магнитов. Как отмечают ученые, это устраняет необходимость в больших магнитах, чувствительных магнитометрах или даже в непосредственной близости от магнитометра.

В данном труде ученые описывают измерение жидких аналитов на основе магнитометра смартфона с использованием двухслойной умной структуры гидрогеля (гидрогелевого актуатора или тест-полоски для аналита) со встроенными намагниченными частицами, которые скручиваются под воздействием целевого аналита, вытесняя намагниченные частицы относительно магнитометра телефона.