비즈니스 기회
포도당 농도를 측정하기 위해 일반 휴대폰 자력계를 사용
거의 모든 최신 휴대폰에는 지구 자기장의 방향을 감지하여 탐색에 중요한 정보를 제공하는 나침반 또는 자력계가 내장되어 있습니다. 이제 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 연구팀은 당뇨병의 지표인 포도당의 농도를 매우 정확하게 측정하기 위해 일반 휴대폰 자력계를 사용하여 완전히 다른 목적으로 사용하는 기술을 개발했습니다.
생물학적 또는 환경적 신호에 반응하여 모양을 변경하도록 설계된 자성 재료와 함께 자력계를 사용하는 동일한 기술은 인간 질병을 모니터링하거나 진단하기 위한 다른 많은 생물 의학적 특성을 빠르고 저렴하게 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
개념 증명 연구에서 자보우와 동료 NIST 연구원 마크 페리스(Mark Ferris)는 테스트할 용액과 하이드로겔이 들어 있는 작은 우물을 휴대폰에 고정했습니다.
연구진은 하이드로겔 안에 작은 자성 입자를 넣어 팽창 또는 수축을 통해 포도당의 존재 또는 pH 수준에 반응하도록 설계했습니다. pH 수치의 변화는 다양한 생물학적 장애와 관련이 있을 수 있습니다.
하이드로겔이 확대되거나 축소됨에 따라 자성 입자를 휴대폰의 자력계에 더 가까이 또는 더 멀리 이동시켰고, 이는 자기장 강도의 해당 변화를 감지했습니다. 이 전략을 사용하여 연구원들은 몰의 수백만 분의 1만큼 작은 포도당 농도를 측정했습니다.
혈액 한 방울을 사용하여 가정에서 포도당 수치를 모니터링하는 데 이러한 높은 감도가 필요하지는 않지만, 미래에는 훨씬 더 적은 농도의 설탕을 함유한 타액의 포도당에 대한 일상적인 검사가 가능해질 수 있습니다.
NIST 팀이 채택한 것과 같은 공학적 또는 "스마트" 하이드로겔은 저렴하고 비교적 쉽게 제조할 수 있으며 의학 연구원이 측정하고자 하는 다양한 화합물에 반응하도록 맞춤화할 수 있습니다. 실험에서 그와 Zabow는 두 개의 서로 다른 하이드로겔을 한 겹으로 쌓았는데, 각 하이드로겔은 pH 또는 포도당에 반응하여 서로 다른 속도로 수축 및 팽창했습니다.
이 이중층은 하이드로겔의 움직임을 증폭시켜 자력계가 자기장 강도의 변화를 더 쉽게 추적할 수 있도록 했습니다. 이 기술은 휴대폰 이외의 전자 장치나 전원이 필요하지 않으며 샘플의 특수 처리가 필요하지 않기 때문에 상대적으로 자원이 적은 위치에서도 저렴한 비용으로 테스트를 수행할 수 있습니다.
휴대폰 자력계를 사용하여 이러한 측정의 정확도를 향상시키려는 미래의 노력은 DNA 가닥, 특정 단백질 및 히스타민(신체의 면역 반응에 관여하는 화합물)을 수십 나노몰 정도의 낮은 농도로 검출할 수 있게 할 수 있습니다.
이러한 개선은 상당한 이점을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 약 45에서 190 나노몰 범위의 농도로 소변에서 검출되는 히스타민을 측정하려면 일반적으로 24시간 소변 수집과 정교한 실험실 분석이 필요합니다.
연구팀의 연구에 따르면 휴대폰 자력계는 1000달러짜리 탁상용 측정기와 동일한 감도로 pH 수준을 측정할 수 있지만 비용은 훨씬 저렴합니다.
가정에서 양조업자나 제빵사는 자력계를 사용하여 다양한 액체의 pH를 신속하게 테스트하여 기술을 완성할 수 있으며, 환경 과학자는 리트머스 테스트 스트립이 제공할 수 있는 것보다 더 높은 정확도로 현장에서 지하수 샘플의 pH를 측정할 수 있습니다.
휴대폰 측정이 상업적으로 성공하기 위해서는 엔지니어들이 하이드로겔 테스트 스트립을 대량 생산하고 긴 유통 기한을 보장하는 방법을 개발해야 합니다.
이상의 기사는 2024년 4월 1일 Phys.org에 게재된 “Using a cellphone compass to measure tiny concentrations of compounds important for human health”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 추가 정보 : https://www.nature.com/articles/s41467-024-47073-2
* 정보 출처 : https://phys.org/news/2024-04-cellphone-compass-tiny-compounds-important.html