NIST-Forscher entwickeln magnetbasierten Analytsensor – Physics World

<a href="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/04/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor-physics-world-2.jpg" data-caption="Smartphone-Sensorplattform Das Magnetometer eines Smartphones wird mit einem magnetisierten Hydrogel kombiniert, um verschiedene biomedizinische Eigenschaften in flüssigen Proben zu messen. (Mit freundlicher Genehmigung von K Dill/NIST)“>

In einer Proof-of-Concept-Studie verwendeten Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) das eingebaute Magnetometer eines Smartphones in Kombination mit Hydrogelen, die ihre Form als Reaktion auf bestimmte Signale ändern, um die Zuckerkonzentration in Getränken zu messen. Sie sagen, dass die Plattform möglicherweise dazu verwendet werden könnte, Glukose in biologischen Proben zu messen, Umweltgifte zu erkennen oder sogar den pH-Wert von Flüssigkeiten in einer Heimbrauerei zu testen.

Dass ein Smartphone als Kompass verwendet werden kann, ist seinem Magnetometer zu verdanken, das das Erdmagnetfeld (oder eine lokale Magnetismusquelle) in drei Richtungen misst. Postdoktorand Markus Ferris und Projektleiter Gary Zabow, beide arbeiten in der Abteilung für Angewandte Physik am NIST, beschlossen, Smartphone-Magnetometer zur Messung chemischer Bestandteile in Proben einzusetzen.

„Wir versuchen, eine neue Sensorplattform zu entwickeln und insbesondere etwas zu schaffen, das für viele Menschen sehr zugänglich ist. Deshalb nutzen wir als Basis für die Sensorplattform ein Mobiltelefon, das die meisten Menschen bereits besitzen“, sagt Zabow.

„Wir glauben, dass [die Sensorplattform] eine gute Ergänzung zu optischen Smartphone-Geräten ist, die bereits auf dem Markt sind und bei denen es möglicherweise etwas schwieriger ist, Autofluoreszenz, Streuung usw. in trüben Proben zu umgehen … Hier schneidet die Magnetik im Allgemeinen besser ab. „Ferris fügt hinzu.

Die magnetbasierte Sensorplattform basiert auf Hydrogelen – Materialien, die beim Eintauchen in Wasser aufquellen – und in die winzige Magnetpartikel eingebettet sind. Die Hydrogele reagieren auf die Anwesenheit verschiedener chemischer Bestandteile einer Probe, wie beispielsweise Glukose, oder auf sich ändernde pH-Werte.

Die Plattform funktioniert, indem sie eine kleine Vertiefung mit einigen Millilitern Testlösung und einem Streifen Hydrogel an ein Smartphone klemmt. Wenn sich die Hydrogele vergrößern oder verkleinern, bewegen sie die magnetischen Partikel näher an das Magnetometer heran oder entfernen es von diesem, das entsprechende Änderungen in der Stärke des Magnetfelds erkennt und misst.

Die Forscher entschieden sich für die Verwendung eines Stapels von Hydrogelen, um die Partikelbewegung zu verstärken und so Änderungen der Magnetfeldstärke einfacher zu messen.

„Magnetik bietet sich an, direkt quantitativ zu sein“, sagt Zabow. „Es ist eine Zahl, die man misst, die Stärke des Magnetfelds. Es ist kein Bild, das man in etwas Quantitatives umwandeln muss.“

Bisher haben die Forscher anhand von Kontrolltestproben, darunter Wein und Champagner, den Machbarkeitsnachweis der Sensorplattform erbracht. Sie beobachteten, dass ein Wein mit hohem Zuckergehalt (Sangria) eine größere Veränderung des Magnetfelds hervorrief als Weine mit niedrigem Zuckergehalt (Pinot Grigio und Champagne Brut). Die Glukosekonzentrationen wurden mit hohen Empfindlichkeiten gemessen, die nur wenige Millionstel Mol pro Liter betrugen.

Die Sensorplattform ist kostengünstig und relativ einfach zu bauen und könnte an Standorten mit relativ wenigen Ressourcen eingesetzt werden.

Die nächsten Schritte der Forscher werden darin bestehen, die Empfindlichkeit und Spezifität der Plattform zu verbessern. Dies kann durch eine Änderung der Hydrogelchemie oder durch den Einbau von Hydrogelen erreicht werden, die gegenüber verschiedenen Analyten empfindlich sind.

„Zuerst müssen einige Schritte im Hinblick auf die Spezifität der Tests unternommen werden, um sicherzustellen, dass es bei der Messung von Glukose oder pH-Wert – das sind die beiden Beispiele in der Arbeit – zu keinen Interferenzen kommt und keine Störungen auftreten anderer unbeabsichtigter Beitrag von etwas anderem in der Lösung. Das ist eine Frage der Spezifität der Hydrogel-Teststreifen, und daran müssen wir noch arbeiten“, sagt Zabow.

Diese Studie ist veröffentlicht in Nature Communications veröffentlicht .

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/nist-researchers-develop-magnetics-based-analyte-sensor/