Mobiltelefon konverteres til en kraftfuld kemisk detektor

Forskere fra Texas A&M har udviklet en udvidelse til en almindelig mobiltelefon, der gør den til et instrument, der er i stand til at detektere kemikalier, stoffer, biologiske molekyler, og patogener. Forskuddet indberettes i Anmeldelser af videnskabelige instrumenter .

Moderne mobiltelefoner inkluderer kameraer af høj kvalitet, der er i stand til at registrere lave lysniveauer og eliminere digital støj gennem softwarebehandling af de optagne billeder. Nyligt arbejde har udnyttet denne følsomhed til at producere mobiltelefonkameraer, der kan bruges som bærbare mikroskoper og pulsdetektorer.

Det nuværende fremskridt er baseret på to typer spektroskopi. En type, kendt som fluorescensspektroskopi, måler det fluorescerende lys, der udsendes af en prøve. En anden, kendt som Raman-spektroskopi, er nyttig til at detektere molekyler, såsom DNA og RNA, som ikke fluorescerer eller udsender lys ved meget lave intensiteter. Begge typer blev brugt til at udvikle denne mobiltelefondetektor.

Systemet inkluderer en billig diodelaser som lyskilde, orienteret i rette vinkler på linjen, der forbinder prøven og mobiltelefonens kamera. Det retvinklede arrangement forhindrer tilbagereflekteret lys i at trænge ind i kameraet.

"Ud over, denne retvinklede excitationsgeometri har den fordel, at den er nemmere at bruge til analyse af prøver, hvor en bulkegenskab skal måles, " sagde forfatter Peter Rentzepis.

Efterforskerne studerede en række prøver ved hjælp af deres konstruerede mobiltelefondetektor, herunder almindelige opløsningsmidler såsom ethanol, acetone, isopropylalkohol, og methanol. De registrerede Raman-spektrene af faste genstande, herunder en gulerod og en bakteriepille.

Gulerødder blev valgt til denne undersøgelse, fordi de indeholder pigmentet caroten. Laserlyset, der bruges i deres system, har en bølgelængde, der let absorberes af dette orange pigment og af pigmenter i bakterierne.

Efterforskerne sammenlignede deres systems følsomhed med de mest følsomme industrielle Raman-spektrometre til rådighed. Forholdet mellem signal og støj for det kommercielle instrument var omkring 10 gange højere end mobiltelefonsystemet.

Mobiltelefondetektorens følsomhed kunne, imidlertid, fordobles ved at bruge en enkelt RGB-kanal til analyse. Systemet har et ret begrænset dynamisk område, men efterforskerne bemærker, at dette problem let kan overvindes gennem flere HDR, eller High Dynamic Range, applikationer, der kombinerer billeder fra flere eksponeringer.

De ekstra komponenter, inklusive laser, tilføje en pris på kun omkring $50 til prisen på en typisk mobiltelefon, gør dette system til et billigt, men præcist værktøj til påvisning af kemikalier og patogener i marken.