手机指南针可以测量对人类健康重要的微小化合物浓度

近年来，美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究团队开发出一项新技术，利用智能手机内置的指南针——或者说磁力计，来测量葡萄糖的浓度。这一方法利用了磁性材料对生物或环境刺激的响应，可以快速、廉价地测量一系列生物医学特性，用于监测或诊断人类疾病。此外，该方法还具有探测环境毒素的潜力。

研究人员在他们的概念验证研究中，将一个小型含有待测试溶液和一条水凝胶条的样品夹具固定在智能手机上。他们在水凝胶中嵌入了微小的磁性颗粒，并使其能够对葡萄糖或pH值（酸碱度的衡量）作出反应。当水凝胶膨胀或收缩时，它们会使磁性颗粒远离或靠近手机的磁力计，从而检测到磁场强度的相应变化。通过这种策略，研究人员实现了对葡萄糖浓度的测量，甚至能够达到数百万分之几摩尔的高灵敏度。未来，这种高灵敏度可能会使得口腔中葡萄糖的常规测试成为可能，因为口腔中的葡萄糖浓度要低得多。

除了葡萄糖，团队使用的“智能”水凝胶还可以设计成对各种医学研究中需要测量的不同化合物做出反应。他们的实验表明，叠加两种不同水凝胶层可以放大水凝胶的运动，使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超出手机的功率源，并且无需对样品进行特殊处理，因此即使在资源相对匮乏的地方，也提供了一种廉价的测试方式。

未来的努力将致力于利用智能手机磁力计提高测量精度，以便能够检测DNA链、特定蛋白质和组织胺等浓度只有数十纳摩尔（十亿分之一摩尔）的化合物。这种改进可能会带来重大的好处，例如，目前通常需要进行24小时尿液收集和复杂的实验室分析才能检测的组织胺，如果能够使用智能手机磁力计对纳摩尔级浓度进行测量，将大大减少测量的麻烦。同样地，研究团队的研究表明，智能手机磁力计可以与价值数千美元的台式仪器一样精确地测量pH值，但成本却只是后者的一小部分。一个家庭酿酒者或面包师可以使用磁力计快速测试各种液体的pH值，以完善自己的手艺，而环境科学家则可以在现场测量地下水样品的pH值，比滤纸试纸提供更高的准确性。

为了使智能手机测量成为商业成功，工程师需要开发一种大规模生产水凝胶试纸的方法，并确保它们具有较长的货架寿命。最理想的情况是，水凝胶试纸应该被设计成更快地对环境刺激做出反应，以加快测量的速度。