휴대폰 나침반은 인간 건강에 중요한 미량 농도의 화합물을 측정할 수 있습니 다.

거의 모든 최신 휴대폰에는 지구 자기장의 방향을 감지하여 탐색에 중요한 정보를 제공하는 내장형 나침반 또는 자력계가 있습니다. 이제 미국 국립표준기술연구소(NIST) 연구진이 완전히 다른 목적, 즉 당뇨병의 지표인 포도당 농도를 높은 정확도로 측정하기 위해 일반 휴대폰 자력계를 사용하는 기술을 개발했습니다.

생물학적 또는 환경적 단서에 반응하여 모양을 변경하도록 설계된 자성 재료와 함께 자력계를 사용하는 동일한 기술을 사용하여 인간 질병을 모니터링하거나 진단하기 위한 다양한 생체의학적 특성을 빠르고 저렴하게 측정할 수 있습니다. 이 방법은 또한 환경 독소를 검출할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 NIST 과학자 Gary Zabow가 말했습니다.

개념 증명 연구에서 Zabow와 동료 NIST 연구원 Mark Ferris는 테스트할 용액과 하이드로겔 스트립(물에 담그면 부풀어 오르는 다공성 물질)이 들어 있는 작은 우물을 휴대폰에 고정했습니다. 연구자들은 하이드로겔 내에 작은 자성 입자를 삽입했는데, 이 입자는 팽창 또는 수축을 통해 포도당의 존재 또는 pH 수준(산도의 척도)에 반응하도록 설계되었습니다. pH 수준의 변화는 다양한 생물학적 장애와 연관될 수 있습니다.

하이드로겔이 확대되거나 축소됨에 따라 자성 입자가 휴대폰의 자력계에 더 가까워지거나 멀어지면서 자기장의 강도 변화가 감지되었습니다. 이 전략을 사용하여 연구원들은 수백만 분의 1 몰(물질에 있는 특정 수의 원자 또는 분자에 대한 과학 단위)만큼 작은 포도당 농도를 측정했습니다. 비록 한 방울의 혈액을 사용하여 집에서 혈당 수치를 모니터링하는 데 이러한 높은 감도가 필요하지는 않지만 미래에는 훨씬 더 적은 농도의 설탕이 포함된 타액의 포도당에 대한 일상적인 테스트가 가능할 수 있습니다.

연구원들은 2024년 3월 30일 판에 연구 결과를 보고했습니다. 네이처커뮤니케이션즈.

NIST 팀이 사용한 것과 같은 공학적 또는 “스마트” 하이드로겔은 저렴하고 상대적으로 제조가 쉬우며 의학 연구자들이 측정하고자 하는 다양한 화합물에 반응하도록 맞춤화될 수 있다고 Ferris는 말했습니다. 실험에서 그와 Zabow는 서로 다른 두 개의 하이드로겔로 구성된 단일 층을 쌓았습니다. 각 하이드로겔은 pH나 포도당에 반응하여 서로 다른 속도로 수축하고 팽창했습니다. 이러한 이중층은 하이드로겔의 움직임을 증폭시켜 자력계가 자기장 강도의 변화를 더 쉽게 추적할 수 있게 해줍니다.

이 기술에는 휴대폰 이상의 전자 장치나 전원이 필요하지 않으며 시료에 대한 특별한 처리도 필요하지 않기 때문에 상대적으로 자원이 적은 장소에서도 저렴한 비용으로 테스트를 수행할 수 있는 방법을 제공합니다.

휴대폰 자력계를 사용하여 이러한 측정의 정확성을 향상시키려는 향후 노력을 통해 DNA 가닥, 특정 단백질 및 히스타민(신체 면역 반응에 관여하는 화합물)을 수십 나노몰(10억분의 1몰) 농도까지 검출할 수 있게 될 것입니다. .

이러한 개선은 상당한 이점을 가져올 수 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 소변에서 약 45~190나노몰 농도로 검출되는 히스타민을 측정하려면 일반적으로 24시간 소변 수집과 정교한 실험실 분석이 필요합니다.

Ferris는 “나노몰 농도에 민감한 휴대폰 자력계를 사용한 가정 테스트를 통해 훨씬 덜 번거로운 측정을 수행할 수 있을 것”이라고 말했습니다. 보다 일반적으로 극도로 희석된 양의 테스트에 소량의 물질만 사용할 수 있는 경우 향상된 감도가 필수적이라고 Zabow는 덧붙였습니다.

마찬가지로, 연구팀의 연구에 따르면 휴대폰 자력계는 천 달러짜리 탁상형 측정기와 동일한 감도로 pH 수준을 측정할 수 있지만 비용은 훨씬 저렴합니다. 가정 양조업자나 제빵사는 자력계를 사용하여 다양한 액체의 pH를 빠르게 테스트하여 완벽한 작품을 만들 수 있었고, 환경 과학자는 현장에서 리트머스 테스트 스트립이 제공할 수 있는 것보다 더 높은 정확도로 지하수 샘플의 pH를 측정할 수 있었습니다.

휴대폰 측정을 상업적으로 성공시키려면 엔지니어들은 하이드로겔 테스트 스트립을 대량 생산하고 유통 기한을 연장하는 방법을 개발해야 한다고 Zabow는 말했습니다. 이상적으로는 측정 속도를 높이기 위해 하이드로겔 스트립이 환경 신호에 더 빠르게 반응하도록 설계되어야 한다고 그는 덧붙였습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240401142509.htm