Los teléfonos inteligentes ahora pueden medir la glucosa, un marcador clave para la diabetes, así como otras moléculas y biomarcadores, gracias a sus brújulas magnéticas incorporadas.
Los investigadores agregaron partículas magnéticas a un material poroso que reacciona a la presencia de estas moléculas y hace que el material se expanda o contraiga.
El uso de estos materiales magnetizados junto con las brújulas de los teléfonos móviles podría permitir a las personas diagnosticar enfermedades y detectar toxinas ambientales.
Casi todos los teléfonos móviles modernos tienen una brújula o magnetómetro incorporado que detecta la dirección del campo magnético de la Tierra y proporciona información fundamental para la navegación. Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha desarrollado una técnica que utiliza un magnetómetro ordinario de teléfono celular para un propósito completamente diferente: medir la concentración de glucosa, un marcador de diabetes, con alta precisión.
La misma técnica, que utiliza el magnetómetro junto con materiales magnéticos diseñados para cambiar su forma en respuesta a señales biológicas o ambientales, podría usarse para medir de forma rápida y económica una serie de otras propiedades biomédicas para monitorear o diagnosticar enfermedades humanas. El método también tiene el potencial de detectar toxinas ambientales, dijo el científico del NIST Gary Zabow.
En su estudio de prueba de concepto, Zabow y su colega investigador del NIST, Mark Ferris, sujetaron a un teléfono celular un pequeño pozo que contenía la solución a probar y una tira de hidrogel, un material poroso que se hincha cuando se sumerge en agua. Los investigadores incrustaron pequeñas partículas magnéticas dentro del hidrogel, que habían diseñado para reaccionar a la presencia de glucosa o a los niveles de pH (una medida de acidez) expandiéndose o contrayéndose. Los cambios en los niveles de pH pueden estar asociados con una variedad de trastornos biológicos.
La ilustración muestra cómo el magnetómetro de un teléfono inteligente puede medir una serie de propiedades biomédicas en muestras líquidas utilizando un hidrogel magnetizado.Crédito: K. Dill/NIST
A medida que los hidrogeles se agrandaban o encogían, acercaban o alejaban las partículas magnéticas del magnetómetro del teléfono móvil, que detectaba los cambios correspondientes en la fuerza del campo magnético. Empleando esta estrategia, los investigadores midieron concentraciones de glucosa tan pequeñas como unas pocas millonésimas de mol (la unidad científica para una cierta cantidad de átomos o moléculas en una sustancia). Aunque no se requiere una sensibilidad tan alta para controlar los niveles de glucosa en el hogar utilizando una gota de sangre, en el futuro podría permitir pruebas rutinarias de glucosa en la saliva, que contiene una concentración mucho menor de azúcar.
Los investigadores informaron sus hallazgos en la edición del 30 de marzo de 2024 de Nature Communications .
Los hidrogeles diseñados o “inteligentes”, como los que empleó el equipo del NIST, son económicos y relativamente fáciles de fabricar, dijo Ferris, y pueden adaptarse para reaccionar a una serie de compuestos diferentes que los investigadores médicos tal vez quieran medir. En sus experimentos, él y Zabow apilaron capas individuales de dos hidrogeles diferentes, cada uno de los cuales se contraía y expandía a diferentes velocidades en respuesta al pH o la glucosa. Estas bicapas amplificaron el movimiento de los hidrogeles, lo que facilitó que el magnetómetro rastreara los cambios en la intensidad del campo magnético.
Debido a que la técnica no requiere ningún dispositivo electrónico o fuente de energía más allá de la del teléfono celular ni requiere ningún procesamiento especial de la muestra, ofrece una forma económica de realizar pruebas, incluso en lugares con relativamente pocos recursos.
Los esfuerzos futuros para mejorar la precisión de tales mediciones utilizando magnetómetros de teléfonos celulares podrían permitir la detección de cadenas de ADN, proteínas específicas e histaminas (compuestos involucrados en la respuesta inmune del cuerpo) en concentraciones tan bajas como unas pocas decenas de nanomoles (milmillonésimas de un mol).
Esa mejora podría tener un beneficio sustancial. Por ejemplo, medir las histaminas, que normalmente se detectan en la orina en concentraciones que oscilan entre 45 y 190 nanomoles, normalmente requeriría una recolección de orina de 24 horas y un análisis de laboratorio sofisticado.
«Una prueba casera utilizando un magnetómetro de teléfono móvil sensible a concentraciones nanomolares permitiría realizar mediciones con mucha menos molestia», dijo Ferris. En términos más generales, una mayor sensibilidad sería esencial cuando sólo se dispone de una pequeña cantidad de una sustancia para realizar pruebas en cantidades extremadamente diluidas, añadió Zabow.
De manera similar, el estudio del equipo sugiere que un magnetómetro de teléfono celular puede medir los niveles de pH con la misma sensibilidad que un medidor de mesa de mil dólares pero a una fracción del costo. Un cervecero casero o un panadero podrían usar el magnetómetro para probar rápidamente el pH de varios líquidos para perfeccionar su oficio, y un científico ambiental podría medir el pH de muestras de agua subterránea en el sitio con mayor precisión que la que podría proporcionar una tira reactiva de tornasol.
Para que las mediciones de los teléfonos móviles sean un éxito comercial, los ingenieros necesitarán desarrollar un método para producir en masa las tiras reactivas de hidrogel y garantizar que tengan una larga vida útil, dijo Zabow. Idealmente, añadió, las tiras de hidrogel deberían diseñarse para reaccionar más rápidamente a las señales ambientales con el fin de acelerar las mediciones.
Artículo: Mark Ferris y Gary Zabow. Medición cuantitativa de alta sensibilidad de analitos líquidos utilizando una brújula para teléfono inteligente. Comunicaciones de la naturaleza . Publicado en línea el 30 de marzo de 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47073-2
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