La même technique, qui utilise le magnétomètre en conjonction avec des matériaux magnétiques conçus pour changer de forme en réponse à des signaux biologiques ou environnementaux, pourrait être utilisée pour mesurer rapidement et à moindre coût une multitude d'autres propriétés biomédicales afin de surveiller ou de diagnostiquer des maladies humaines. La méthode a également le potentiel de détecter les toxines environnementales, a déclaré Gary Zabow, scientifique du NIST.

Dans leur étude de validation de principe, Zabow et Mark Ferris, chercheur au NIST, ont fixé à un téléphone portable un minuscule puits contenant la solution à tester et une bande d'hydrogel, un matériau poreux qui gonfle lorsqu'il est immergé dans l'eau.

Les chercheurs ont incorporé de minuscules particules magnétiques dans l’hydrogel, qu’ils avaient conçu pour réagir soit à la présence de glucose, soit aux niveaux de pH (une mesure de l’acidité) en se dilatant ou en se contractant. Les changements de pH peuvent être associés à divers troubles biologiques.

Au fur et à mesure que les hydrogels grossissaient ou rétrécissaient, ils rapprochaient ou éloignaient les particules magnétiques du magnétomètre du téléphone portable, qui détectait les changements correspondants dans la force du champ magnétique. En utilisant cette stratégie, les chercheurs ont mesuré des concentrations de glucose aussi petites que quelques millionièmes de mole (l'unité scientifique pour un certain nombre d'atomes ou de molécules dans une substance).

Bien qu'une sensibilité aussi élevée ne soit pas requise pour la surveillance à domicile des niveaux de glucose à l'aide d'une goutte de sang, elle pourrait, à l'avenir, permettre des tests de routine du glucose dans la salive, qui contient une concentration de sucre beaucoup plus faible.

Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans Nature Communications. .

Les hydrogels techniques, ou "intelligents", comme ceux utilisés par l'équipe du NIST, sont peu coûteux et relativement faciles à fabriquer, a déclaré Ferris, et peuvent être adaptés pour réagir à une multitude de composés différents que les chercheurs médicaux voudront peut-être mesurer. Dans leurs expériences, lui et Zabow ont empilé des couches simples de deux hydrogels différents, chacun se contractant et se dilatant à des rythmes différents en réponse au pH ou au glucose.

Ces bicouches ont amplifié le mouvement des hydrogels, permettant au magnétomètre de suivre plus facilement les changements dans l'intensité du champ magnétique.

Étant donné que cette technique ne nécessite aucune électronique ou source d'alimentation autre que celle du téléphone portable, ni aucun traitement spécial de l'échantillon, elle offre un moyen peu coûteux d'effectuer des tests, même dans des endroits disposant de relativement peu de ressources.

Les efforts futurs visant à améliorer la précision de ces mesures à l'aide de magnétomètres de téléphones portables pourraient permettre la détection de brins d'ADN, de protéines spécifiques et d'histamines (des composés impliqués dans la réponse immunitaire de l'organisme) à des concentrations aussi faibles que quelques dizaines de nanomoles.

Cette amélioration pourrait avoir des avantages substantiels. Par exemple, la mesure des histamines, qui sont généralement détectées dans l'urine à des concentrations allant d'environ 45 à 190 nanomoles, nécessiterait normalement une collecte d'urine de 24 heures et une analyse sophistiquée en laboratoire.

"Un test à domicile utilisant un magnétomètre de téléphone portable sensible aux concentrations nanomolaires permettrait d'effectuer des mesures avec beaucoup moins de tracas", a déclaré Ferris. Plus généralement, une sensibilité accrue serait essentielle lorsque seule une petite quantité d'une substance est disponible pour des tests en quantités extrêmement diluées, a ajouté Zabow.

De même, l'étude de l'équipe suggère qu'un magnétomètre pour téléphone portable peut mesurer les niveaux de pH avec la même sensibilité qu'un appareil de mesure de mille dollars, mais à une fraction du coût.

Un brasseur amateur ou un boulanger pourrait utiliser le magnétomètre pour tester rapidement le pH de divers liquides afin de perfectionner son métier, et un scientifique environnemental pourrait mesurer le pH des échantillons d'eau souterraine sur place avec une précision supérieure à celle qu'une bandelette de test décisive pourrait fournir.

Afin de faire des mesures sur téléphone portable un succès commercial, les ingénieurs devront développer une méthode pour produire en masse les bandelettes de test d'hydrogel et garantir qu'elles ont une longue durée de conservation, a déclaré Zabow. Idéalement, a-t-il ajouté, les bandes d'hydrogel devraient être conçues pour réagir plus rapidement aux signaux environnementaux afin d'accélérer les mesures.