Бездротові та безакумуляторні мітки простежили за рівнем ультрафіолету

Інженери з США, Південної Кореї і Японії створили компактний дозиметр ультрафіолетового випромінювання, що працює без акумулятора і здатний передавати дані на смартфон. Спочатку про пристрій стало відомо в січні 2018 року, а тепер розробники доопрацювали його і опублікували статтю з описом у журналі.

Ультрафіолетове випромінювання має важливе значення для людського здоров'я і впливає на різні процеси в організмі. Наприклад, воно необхідне для вироблення деяких форм вітаміну D, брак якого пов'язують з безліччю проблем зі здоров'ям, наприклад, порушеннями зростання кісткової тканини. Водночас надлишок ультрафіолетового випромінювання також становить небезпеку, тому що саме з ним пов'язують більшість видів раку шкіри, в тому числі меланому. Зазвичай як захист від надлишку ультрафіолетового випромінювання людям рекомендують наносити спеціальний крем і стежити за знаходженням під сонцем, але такий метод має низьку точність, тому що реальна доза опромінення залежить не тільки від часу перебування під сонячним світлом, але і від безлічі інших факторів.

Група дослідників під керівництвом Джона Роджерса (John Rogers) розробила компактний датчик для вимірювання дози ультрафіолетового випромінювання, який не вимагає підзарядки і здатний передавати дані на смартфон користувача. Спочатку про пристрій стало відомо ще на початку року, а тепер інженери вдосконалили його, наприклад, додавши нові реєстровані спектри випромінювання. Інженери створили кілька видів датчиків, у тому числі окремі датчики для середньохвильового і довгохвильового видів ультрафіолетового випромінювання, і єдиний датчик для цих двох видів і навіть інфрачервоного випромінювання, проте принципових відмінностей в їх пристрої немає.

В основі датчиків лежать два компоненти: фотодіод, що працює у вузькому діапазоні випромінювання, і іоністор. При опроміненні на фотодіоді виникає струм, який постійно заряджає іоністор. Накопичений в іоністорі заряд дозволяє оцінити дозу опромінення. Іоністор пов'язаний з аналого-цифровим перетворювачем, який за допомогою калібрувального коефіцієнта перетворює значення напруги на іоністорі на величину накопиченої дози опромінення.

Для зв'язку із зовнішніми пристроями в датчику є чіп для обробки даних, в якому також міститься NFC-модуль і датчик температури. Крім того, в пристрої є ще одна магнітно-резонансна антена для передачі даних. Оскільки метою розробників було створення зручних у використанні датчиків, вони створюються на гнучкій полімерній підкладці, мають масу менше грама, а їх розмір становить від восьми до 21,5 міліметра, залежно від функцій.

Інженери перевірили ефективність пристрою кількома способами. В одному експерименті вони попросили 13 добровольців носити на тілі кілька нових датчиків, а також комерційно доступний пристрій для вимірювання дози опромінення. Результати експерименту показали, що датчики мають порівнянну точність.

Розробники вважають, що пристрій можна використовувати як для особистого відстеження опромінення на вулиці, так і для більш специфічних застосувань, наприклад, для відстеження дози опромінення під час лікування жовтяниці новонароджених. Цей стан виникає через те, що фетальний гемоглобін в організмі замінюється на «дорослий» гемоглобін А, але утворюється при цьому білірубін не виводиться печінкою, яка у новонароджених ще не функціонує повною мірою. Зазвичай для боротьби з цим станом новонароджених поміщають в бокси з лампами, випромінювання від яких допомагає перетворити природний білірубін в інші ізомери, які легше виводяться організмом. А минулого року інженери зі Швейцарії та Німеччини запропонували замінити такі бокси на піжаму з вбудованими оптичними волокнами і світлодіодами.