【Hacker News搬运】NIST研究人员使用手机指南针测量葡萄糖

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Title: NIST researchers use cellphone compass to measure glucose

NIST研究人员使用手机指南针测量葡萄糖

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Url: https://www.nist.gov/news-events/news/2024/04/nist-researchers-use-cellphone-compass-measure-tiny-concentrations

NIST的研究人员使用手机指南针测量微小化合物的浓度

标题：NIST研究人员使用手机指南针测量对人类健康至关重要的微小化合物浓度
作者：未提供
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几乎所有现代手机都配备了内置指南针，或者磁力计，它可以检测地球磁场的方向，为导航提供关键信息。现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究团队开发了一种完全不同的用途——利用普通手机磁力计高精度测量葡萄糖浓度，这是一种糖尿病的标记物。该技术利用磁力计与磁性材料结合使用，这些材料设计为在响应生物或环境线索时改变形状。这种方法可以快速、廉价地测量一系列其他生物医学特性，用于监测或诊断人类疾病。NIST科学家Gary Zabow表示，这种方法也有潜力检测环境毒素。

在他们证明概念的研究中，Zabow和同事Mark Ferris将一个含有被测试溶液的小井和一块水凝胶条固定在手机上。研究人员在凝胶中嵌入了微小的磁性颗粒，并使他们能够响应葡萄糖的存在或pH值（一种衡量酸碱度的方法）的变化而膨胀或收缩。改变pH值与多种生物紊乱有关。

随着水凝胶的膨胀或收缩，它们将磁性颗粒移得更近或更远，从而相应地改变磁场的强度。利用这种策略，研究人员测量了多达几百万分之一摩尔的葡萄糖浓度。尽管对于使用一滴血在家监测葡萄糖水平来说，这种高灵敏度不是必需的，但它可能在未来允许常规测试，通过测量唾液中的葡萄糖浓度，而唾液中的糖分浓度要小得多。

研究人员在2024年3月30日的《自然通讯》上发表了自己的发现。NIST团队使用的那种工程化，或者“智能”，水凝胶是廉价的，相对容易制造，Ferris说，并且可以定制为对研究人员可能想要测量的多种化合物产生反应。在他们实验中，他和Zabow层层叠加了两种不同水凝胶的单层，每种水凝胶在响应pH或葡萄糖时收缩和膨胀的速度不同。这些双层放大了凝胶的运动会，使得磁力计更容易跟踪磁场强度的变化。

由于这种技术不需要任何电子设备或电源，也不需要对样本进行特殊处理，它提供了一种廉价的方法进行测试，甚至在资源相对匮乏的地方也可以进行。

未来利用手机磁力计提高测量准确性的努力可能会允许检测DNA链、特定蛋白质和组胺——参与身体免疫反应的化合物，其浓度低至几十纳米摩尔。

那种改进可能具有重大益处。例如，测量通常在尿液中以大约45到190纳米摩尔的浓度检测到的组胺，通常需要24小时的尿液收集和复杂的实验室分析。“使用对纳摩尔浓度敏感的手机磁力计在家测试会允许测量更加方便，”Ferris说。一般情况下，增强的灵敏度对于在极其稀释的量中只有少量物质可用进行测试是必不可少的，Zabow补充说。

同样，该团队的研究表明，手机磁力计可以与价值1000美元的台式电表一样敏感地测量pH值，但成本只是其一小部分。在家酿酒师或面包师可以使用磁力计快速测试各种液体的pH值，以完善他们的技艺，环境科学家可以使用磁力计在现场以更高的精度测量地下水样本的pH值，比使用比色测试条提供的精度要高。

为了使手机测量成为商业上的成功，工程师需要开发一种大规模生产水凝胶测试条的方法，并确保它们有较长的保质期，Zabow说。他补充说，理想情况下，水凝胶条应该设计为对环境线索的反应更快，以加快测量速度。

论文：Mark Ferris和Gary Zabow。使用智能手机指南针对液态分析物进行定量、高灵敏度测量。自然通讯。2024年3月30日在线发表。
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47073-2

Post by: geox

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mlhpdx: I wonder about the reference for the measurement, or precision versus accuracy. Still super interesting application of hybrid common and specialized tech.

mlhpdx: 我想知道测量的参考，或者精度与准确性。普通和专业技术的混合应用仍然非常有趣。

lettergram: Eh a lot of “these particles bonded with glucose - so now we can measure blood sugar levels” that’s a massive stretch from where they are at.<p>It’s cool, but nothing close to what’s described.

lettergram: 呃，很多“这些颗粒与葡萄糖结合，所以现在我们可以测量血糖水平”，这与它们的位置相差甚远。<p>这很酷，但与所描述的相去甚远。