Беспроводные и безаккумуляторные метки проследили за уровнем ультрафиолета

Инженеры из США, Южной Кореи и Японии создали компактный дозиметр ультрафиолетового излучения, работающий без аккумулятора и способный передавать собираемые данные на смартфон. Изначально об устройстве стало известно в январе 2018 года, а теперь разработчики доработали его и опубликовали статью с описанием в журнале Science Translational Medicine.

Ультрафиолетовое излучение имеет важное значение для человеческого здоровья и оказывает воздействие на различные процессы в организме. К примеру, оно необходимо для выработки некоторых форм витамина D, недостаток которого связывают с множеством проблем со здоровьем, к примеру, нарушениями роста костной ткани. В то же время избыток ультрафиолетового излучения также представляет опасность, потому что именно с ним связывают большинство видов рака кожи, в том числе меланому. Обычно в качестве защиты от избытка ультрафиолетового излучения людям рекомендуют наносить специальный крем и следить за нахождением под солнцем, но такой метод имеет низкую точность, потому что реальная доза облучения зависит не только от времени нахождения под солнечным светом, но и от множества других факторов.

Группа исследователей под руководством Джона Роджерса (John Rogers) разработала компактный датчик для измерения дозы ультрафиолетового излучения, который не требует подзарядки и способен передавать собираемые данные на смартфон пользователя. Изначально об устройстве стало известно еще в начале года, а теперь инженеры усовершенствовали его, к примеру, добавив новые регистрируемые спектры излучения. Инженеры создали несколько видов датчиков, в том числе отдельные датчики для средневолнового и длинноволнового видов ультрафиолетового излучения, и единый датчик для этих двух видов и даже инфракрасного излучения, однако принципиальных различий в их устройстве нет.

В основе датчиков лежат два компонента: фотодиод, работающий в узком диапазоне излучения, и ионистор. При облучении на фотодиоде возникает ток, который постоянно заряжает ионистор. Накопленный в ионисторе заряд позволяет оценить дозу облучения. Ионистор связан с аналого-цифровым преобразователем, который с помощью калибровочного коэффициента преобразует значение напряжения на ионисторе в величину накопленной дозы облучения.

Для связи с внешними устройствами в датчике есть чип для обработки данных, в котором также содержится NFC-модуль и датчик температуры. Кроме того, в устройстве есть еще одна магнитно-резонансная антенна для передачи данных. Поскольку целью разработчиков было создание удобных в использовании датчиков, они создаются на гибкой полимерной подложке, имеют массу менее грамма, а их размер составляет от восьми до 21,5 миллиметра, в зависимости от функций.

Инженеры проверили эффективность устройства несколькими способами. В одном эксперименте они попросили 13 добровольцев носить на теле несколько новых датчиков, а также коммерчески доступное устройство для измерения дозы облучения. Результаты эксперимента показали, что датчики имеют сравнимую точность.

Разработчики считают, что устройство можно использовать как для личного отслеживания облучения на улице, так и для более специфичных применений, например, для отслеживания дозы облучения во время лечения желтухи новорожденных. Это состояние возникает из-за того, что фетальный гемоглобин в организме заменяется на «взрослый» гемоглобин А, но образующийся при этом билирубин не выводится печенью, которая у новорожденных еще не функционирует в полной мере. Обычно для борьбы с этим состоянием новорожденных помещают в боксы с лампами, излучение от которых помогает превратить естественный билирубин в другие изомеры, которые легче выводятся организмом. А в прошлом году инженеры из Швейцарии и Германии предложили заменить такие боксы на пижаму со встроенными оптическими волокнами и светодиодами.

Григорий Копиев