Die Allgegenwart von Smartphones habe zu einer rasanten Entwicklung der tragbaren Diagnostik geführt, erklären die Entwickler der neuen Methode, Mark Ferris und Garry Zabow. Solche Plattformen seien zwar erfolgreich, basierten aber bisher überwiegend auf optischen Verfahren, bei denen die Smartphone-Kamera als Sensorschnittstelle verwendet wird. Im Gegensatz dazu seien magnetische Verfahren, die den Smartphone-Kompass (Magnetometer) nutzen, bislang kaum erforscht. Und das, obwohl sie bei optisch undurchsichtigen, streuenden oder selbstfluoreszierenden Proben Vorteile bieten würden.
Über ihren neuen Ansatz berichten Ferris und Zabow nun in "Nature Communications". Das Prinzip der Analysemethode sei die Tatsache, dass das eingebaute Magnetometer zur Signalübertragung einen auf Glukose reagierenden Magnet-Hydrogel-Aktuator nutzt. Stark vereinfacht: Der Hydrogelstreifen dehnt sich bei bestimmten biochemischen Reaktionen, etwa dem Kontakt zu Glukose im Speichel oder im Blut, je nach Konzentration mehr oder weniger stark nach oben aus - und verschiebt auf diese Weise das im Hydrogel befestigte Material relativ zum Magnetometer des Telefons.
Die Verwendung einer zweischichtigen Hydrogelgeometrie zur Verstärkung dieser Bewegung ermögliche "empfindliche, optikfreie, quantitative flüssigkeitsbasierte Analytenmessungen, die weder Elektronik noch Energie außerhalb des Smartphones benötigen".
Die vollständige Plattform besteht aus einer Positionierungsklemme, dem Hydrogel-Streifen, einem Kunststoffaufsatz mit einer Vertiefung für die Analytlösung und dem Smartphone selbst.
Die Ergebnisse können sich sehen lassen, wie die Autoren betonen: "Wir demonstrieren dieses Konzept mit glukosespezifischen und auf den pH-Wert reagierenden Hydrogelen, einschließlich der Glukosedetektion bis zu einstelligen mikromolaren Konzentrationen“.
Die Plattform sei an zahlreiche Messgrößen anpassbar und eröffne "einen Weg zur tragbaren, kostengünstigen Erfassung mehrerer interessanter Analyten oder Biomarker".
Paper:
Mark Ferris and Gary Zabow. Quantitative, High Sensitivity Measurement of Liquid Analytes using a Smartphone Compass. Nature Communications. Published online March 30, 2024.
Foto credits/courtesy of: K. Dill/NIST
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