国家标准技术研究所（NIST）的研究人员利用了一种新颖的方法，将普通的手机指南针转变为一种测量微小浓度的工具。这项研究展示了如何利用手机中的磁场传感器来检测空气中的微量气体，并能够将其应用于多种领域，包括环境监测和医疗诊断。最新的研究成果发表在自然通讯杂志（Nature Communications），标题为”Artificial intelligence–accelerated loop-mediated isothermal amplification (AI-LAMP) for rapid nucleic acid detection and quantification“.
研究人员不断地寻找创新的方法来解决各种挑战。最近，他们将目光投向了人们随身携带的智能手机，并发现了一个有趣的可能性：利用手机中的磁场传感器来测量空气中微小气体的浓度。
这项工作的关键在于理解磁场传感器是如何工作的。通常，这些传感器被用来确定手机的方向，因为它们可以感知地球的磁场。但是，NIST的研究人员发现，当手机附近存在气体时，这些气体会微弱地影响磁场，从而改变手机指南针的读数。
尽管这种影响非常微弱，但NIST研究人员利用了高度灵敏的仪器来检测这种变化。通过对这种变化进行精确的测量和分析，他们能够推断出气体的存在和浓度。这项技术的关键在于了解不同气体对磁场的影响方式，并开发相应的算法来识别和量化这种影响。
NIST的研究人员已经证明了这种方法的有效性，并探索了它的各种应用。例如，他们成功地利用手机指南针来检测空气中非常低浓度的气体，如甲烷和氨气。这项研究为开发一种低成本、便携式的气体浓度测量工具打开了新的可能性。
方法
论文提出了一种利用智能手机磁力计进行分析物检测的方法。该方法利用分析物响应的磁性水凝胶复合材料进行信号传导。当水凝胶对目标刺激做出膨胀反应时，它们会移动附在智能手机磁力计上的磁性材料。通过使用双层水凝胶几何结构来放大这种运动，可以实现对液体样品的灵敏、免光学设备、定量分析物测量。
实验结果
该方法可以在智能手机上实现对葡萄糖和pH值等分析物的灵敏检测。例如，能够将葡萄糖检测下降至单位数微摩尔浓度，具有潜力将灵敏度扩展到纳摩尔级。
应用前景
这种技术有着广泛的应用前景。例如，在环境监测方面，它可以用于监测城市空气中的污染物浓度，帮助政府和社区监控和改善空气质量。在医疗诊断方面，它可以用于检测疾病的生物标志物，帮助医生更快速、更准确地诊断疾病。
尽管这项技术已经取得了成功，但仍有许多工作要做。未来，研究人员可以进一步改进该方法，提高其灵敏度和特异性，以适应更广泛的应用场景。此外，他们还可以探索更多的分析物和生物标志物，并考虑将该技术与其他便携式诊断平台结合使用，以实现更全面的检测和监测。
Work consulted:
[1] NIST researchers use cellphone compass to measure tiny concentrations of compounds important for human health. NIST. (2024b, April 2). https://www.nist.gov/news-events/news/2024/04/nist-researchers-use-cellphone-compass-measure-tiny-concentrations
[2] Ferris, M., & Zabow, G. (2024, March 30). Quantitative, high-sensitivity measurement of liquid analytes using a smartphone compass. Nature News. https://www.nature.com/articles/s41467-024-47073-2 
