Учёные Кембриджа создали чип за 10 долларов, который может позволить следить за здоровьем без игл

Исследователи Кембриджского университета вместе со стартапом GlitterinTech, основанным той же научной группой, создали оптический спектрометр нового типа. Он имеет размер всего несколько сантиметров и стоит около 10 долларов. Спектрометр — это прибор, который анализирует свет, чтобы определить, с какими веществами тот взаимодействовал. По мнению разработчиков, устройство можно встроить в носимые приборы для контроля здоровья, и оно может позволить отслеживать уровень глюкозы в крови без уколов.

Почему это важно

Уменьшение спектрометров традиционно приводило к ухудшению характеристик: у компактных моделей часто ограничен диапазон измерений, ниже разрешение или точность, поэтому они лучше подходят для распознавания веществ, чем для точных измерений. Команда Кембриджа считает, что её конструкция преодолевает эти ограничения.

Как это работает

Устройство называется конволюционным спектрометром. Оно использует математический принцип — теорему о свёртке — и применяет эту операцию непосредственно к входящему свету. Исследователи последовательно расположили оптические элементы с повторяющимися спектральными откликами, например несбалансированные интерферометры Маха — Цендера или микрокольцевые резонаторы. Затем спектр света восстанавливается с помощью быстрого преобразования Фурье. Прибор построен на кремний-нитридной фотонной платформе со встроенной электроникой, работает в ближнем инфракрасном диапазоне 1200–1700 нм и обрабатывает измерения менее чем за секунду.

Результаты испытаний

При распознавании пластика, лекарств, кофе, муки и чая устройство в представленных тестах показало 100 % успешной классификации. Концентрации в водных и органических растворах оно измеряло с точностью около 0,01 %, превзойдя в этих экспериментах коммерческие настольные спектрометры. В условиях, имитирующих реальную физиологическую среду, прибор точно измерил влажность кожи, алкоголь, лактат и глюкозу в крови. Уровень глюкозы также неинвазивно отслеживали в течение длительного времени у одного участника. Датчик надёжно работал при температурах от –20 до 80 °C.

Исследователи подчёркивают, что до практического медицинского применения нужны дополнительные испытания. Они также видят возможности в промышленном контроле качества, оценке свежести продуктов и анализе окружающей среды. Руководитель проекта профессор Цисян Чэн заявил, что цель — сделать спектрометрию столь же привычной, как датчики температуры или движения.