Исследователи и врачи вскоре смогут проводить тесты токсинов окружающей среды, медицинскую диагностику и анализ безопасности пищевых продуктов прямо на месте с помощью своих смартфонов.
Исследователи университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн разработали специальное приложение и аппаратное обеспечение для iPhone, которое использует встроенную в телефон камеру и вычислительную мощность в качестве биосенсора для обнаружения токсинов, белков, бактерий, вирусов и других молекул.
Наличие такого чувствительного биодатчика "в поле" могла бы позволить прямо на месте отслеживать загрязнения подземных вод, объединить GPS-данные телефона с данными биодатчиков для сопоставления распространения патогенов, или обеспечить немедленные и недорогие медицинские диагностические тесты в полевых клиниках или лагерях по очищению загрязнений и распределению продовольствия.
"Мы заинтересованы в биодетекции, которая могла бы быть выполнена за пределами лаборатории", сказал руководитель группы Брайан Каннингем, профессор электротехники и вычислительной техники и биоинженерии.
"Смартфоны оказывают большое влияние на наше общество - благодаря ним мы получаем нашу информацию и общаемся. И у них есть очень мощные вычислительные возможности и визуализация. Многие медицинские тесты могут быть проведены очень недорого и неинвазивно с помощью мобильных платформ, таких как телефоны. Они могут обнаруживать молекулярные вещи, такие, как патогены, биомаркеры болезней или ДНК, то, что в настоящее время проводится только в больших диагностических лабораториях с большим количеством затрат времени и большими объемами крови".
Специальный держатель для смартфона, разработанный учеными, содержит ряд оптических компонентов - линзы и фильтры, что находятся в гораздо более крупных и дорогих устройствах. Устройство держит камеру телефона на одной линии с оптическими компонентами.
В основе биосенсора лежит фотонный кристалл. Фотонный кристалл функционирует как зеркало, которое отражает только одну длину волны света, в то время как остальная часть спектра проходит сквозь него.
Для ручного биосенсора iPhone, нормальное стекло микроскопа покрыто фотонным материалом. Слайд настраивается реагировать на конкретные молекулы-мишени. Слайд со слоем фотонных кристаллов вставляется в слот и начинается измерение спектра. После тестирования образца, спектр можно повторно измерить. Степень сдвига отраженных волн, в таком случае, может служить индикатором опасности.
Весь тест занимает всего несколько минут; приложение проводит пользователя через процесс шаг за шагом. Несмотря на то, что устройство содержит только около 200 оптических компонентов, оно работает настолько точно, насколько это делает большой спектрофотометр в лаборатории, стоящий $ 50,000. Так что теперь, устройство может стать не только портативным, но и доступным для полевых исследований в развивающихся странах.
В статье, опубликованной в журнале Lab on a Chip, команда продемонстрировала зондирование белков иммунной системы, но приложение может быть нацелено на любой тип биологической молекулы или клеток. Исследователи работают над улучшением производственного процесса девайса для iPhone и работают над аналогичным устройством для телефонов Android. Они надеются начать производить их массово уже в следующем году.
Группа Каннингема теперь сотрудничает с другими группами по кампусу для изучения биосенсоров с помощью приложения для iPhone. Группа недавно получила грант от Национального научного фонда для расширения диапазона биологических экспериментов, которые можно выполнять с телефоном, в сотрудничестве со Стивеном Люметта, профессором электротехники и вычислительной техники и информатики в У. И. Кроме того, они также работают с продовольственной наукой и питанием человека. Профессор Хуан Андраде разработал биосенсоры для быстрого теста на дефицит железа и витамин А у беременных женщин и детей.
Кроме того, команда Каннингема работает над биодатчиками, которые могут выполняться на местах для выявления токсинов в заготовленных кукурузе и соевых бобах, а также для обнаружения патогенов в пищевых продуктах и воде.
"Нашей целью является расширение спектра биологических экспериментов, которые могут быть выполнены с помощью телефона и его камеры, используемой как спектрометр," сказал Каннингем. "В нашей первой статье мы показали возможность использования фотонных кристаллов биосенсора, но в нашем гранте NSF мы создаем многорежимный биосенсор. Мы будем использовать телефон и нашу разработку для выполнения четырех из наиболее широко используемых анализов, которые нам доступны".
Чтобы написать здесь комментарий необходимо