Výzkumníci z University of Cambridge a společnosti GlitterinTech vyvinuli miniaturní optický spektrometr, který podle autorů spojuje přesnost laboratorních přístrojů s nízkou cenou a rozměry vhodnými pro přenosná či nositelná zařízení. Plně zabalený přístroj má rozměry 4,8 × 6,2 × 0,6 centimetru, váží 16,5 gramu a jeho celkové náklady se pohybují kolem deseti amerických dolarů. Výsledky zveřejnili v časopise Nature Photonics.
Spektrometr zkoumá, jak látky pohlcují nebo odrážejí světlo při různých vlnových délkách. Z tohoto optického „otisku“ lze usuzovat na jejich chemické složení. Miniaturizace těchto přístrojů ale obvykle znamená menší rozsah měření nebo horší rozlišení. Cambridgeští vědci proto navrhli takzvaný konvoluční spektrometr, který využívá matematickou operaci zvanou konvoluce přímo při zpracování optického signálu. Výsledné spektrum pak rekonstruuje pomocí rychlé Fourierovy transformace.
Zařízení je postavené na křemíko-nitridové fotonické platformě a pracuje v blízké infračervené oblasti mezi 1200 a 1700 nanometry. Samotný fotonický čip má půdorys 0,9 × 3,4 milimetru, zbytek systému tvoří elektronika, detektor a další prvky potřebné k řízení a zpracování signálu. Autoři uvádějí, že jeden kompletní vzorek lze změřit a zpracovat za méně než 0,4 sekundy. Přístroj dokázal rozlišit dva optické signály vzdálené 1,4 nanometru.
V testech výzkumníci analyzovali mimo jiné různé plasty, léčivé přípravky, kávu, mouku a čaj. Klasifikační modely v těchto experimentech dosáhly stoprocentní úspěšnosti. Spektrometr rovněž určoval koncentraci látek ve vodných a organických roztocích, například glukózy, laktátu, etanolu nebo ethylenglykolu. U některých měření se podle studie přesnost pohybovala kolem 0,01 procenta, což autoři srovnávali s komerčními stolními spektrometry.
Další část práce se zaměřila na neinvazivní snímání lidských biomarkerů pomocí nástavce umístěného na zápěstí. V celkem 126 experimentálních sezeních, která zahrnovala přibližně 6000 celopásmových spekter, vědci sledovali například vlhkost kůže, alkohol v krvi, laktát a glukózu. Pro odhad hodnot využili statistické a neuronové modely. U glukózy studie uvádí průměrnou absolutní chybu 0,36 milimolu na litr; výzkumníci také předvedli průběžné sledování změn u jednoho účastníka.
Tyto výsledky ale samy o sobě neznamenají, že je možné nový čip okamžitě použít místo klinického glukometru nebo kontinuálního monitoru. Šlo o experimentální demonstraci technologie a studie neprokazuje její dostatečnou spolehlivost pro diagnózu či léčbu. Přesnost optických měření může ovlivnit například typ kůže, pohyb, teplota nebo individuální rozdíly v lidské tkáni. Autoři očekávají využití také při kontrole potravin, průmyslových materiálů a životního prostředí; k nasazení ve zdravotnictví však bude nutné další ověřování na větších a klinicky reprezentativních souborech.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.