Инженеры создали компактный сенсор, который крепится прямо на зуб и способен определять концентрацию глюкозы, соли, спирта и других веществ в еде и напитках, которые употребляет человек. Для питания и передачи данных в устройстве установлена пассивная антенна, сообщают исследователи в журнале Advanced Materials.

Отслеживание потребления пищи позволяет изучать ее влияние на организм и даже диагностировать некоторые заболевания. Недавно инженеры создали и испытали на людях глотаемый датчик, измеряющий концентрацию кишечных газов. Вместе с данными о том, какую еду принимал пациент, данные с этого датчика позволяют определить усвоение еды, а также могут указать на заболевания желудочно-кишечного тракта. При разработке подобных устройств инженеры сталкиваются с множеством проблем, например, они должны быть биосовместимыми и компактными. Кроме того, поскольку обычно в такие сенсоры тяжело установить емкий аккумулятор, они нередко получают энергию от внешнего источника.

Инженеры под руководством Фьоренцо Оменетто (Fiorenzo Omenetto) из Университета Тафтса создали компактный сенсор пищи, работающий от внешнего радиопередатчика. Он представляет собой квадратную рамку со стороной два или три миллиметра (авторы создали несколько прототипов). Эта рамка состоит из трех слоев: два разомкнутых кольцевых резонатора из золота и слой гидрогеля или шелка, находящийся между ними.

Схема строения сенсора
Схема строения сенсора

Внешние слои сенсора могут резонировать от радиосигнала и резонансная частота зависит от расстояния между ними. Принцип действия сенсора основан на том, что при попадании в сенсор растворов разных веществ средний слой увеличивает свою толщину и за счет этого меняется резонансная частота и амплитуда сигнала.

Исследователи протестировали прототипы сенсоров в лабораторных условиях, поместив их в разные жидкости, например, дистиллированную воду, раствор этилового спирта или натрий-фосфатный буфер (водный раствор нескольких солей натрия и калия). Сенсоры показали заметные изменения в резонансной частоте и амплитуде в ответ на различные вещества.

Зависимость резонансной частоты и амплитуды от различных веществ в чувствительном слое сенсора
Зависимость резонансной частоты и амплитуды от различных веществ в чувствительном слое сенсора

Также авторы провели несколько тестов на добровольцах, закрепив сенсоры на их зубах, и также подтвердили работоспособность устройств. Помимо этого, исследователи показали, что при использовании гидрогеля можно также определять изменения в pH и температуре вокруг сенсора.