Utveckling av en smartphonebaserad spektrometer för högupplöst urinanalys

Kontrollera njurhälsan från fickan

Njursjukdom utvecklas ofta tyst och visar få symptom förrän allvarliga skador redan uppstått. Regelbundna labbtester kan upptäcka problem tidigt, men de kräver kliniker, utrustning och utbildad personal som många människor helt enkelt inte har tillgång till. Denna studie presenterar SpectraPhone, ett tunt tillbehör för en smartphone som förvandlar kameran och blixten till ett litet laboratorieinstrument som kan mäta nyckelmarkörer i urin som signalerar njurproblem. Genom att göra högkvalitativa urintester lika enkla som att ta ett foto kan enheten föra tidig njurscreening till hem, vårdcentraler i byar och avlägsna samhällen runt om i världen.

Varför njurproblem är svåra att upptäcka

Kronisk njursjukdom drabbar omkring en av tio vuxna globalt, men de flesta med tillståndet vet inte om det förrän sjukdomen är långt framskriden och behandlingsalternativen är begränsade. Standardtester bygger på välutrustade laboratorier som kan mäta blod- och urin kemi med hög precision. Enklare verktyg finns, som testremsor som ändrar färg vid dop i urin, men dessa ger bara grova ja- eller nej-svar. Författarna visar att både visuell bedömning av urinens färg och kommersiella testremsor misslyckas med att skilja mellan låga och höga nivåer av blod i urinen, en varningssignal som kallas hematuri. Även mycket små mängder blod kan få en testremsa att se ut som ett allvarligt fall, vilket gör det omöjligt att följa subtila förändringar över tid.

Gör om telefonen till ett litet laboratorium

SpectraPhone-systemet förvandlar en vanlig smartphone till en kompakt spektrometer — en apparat som undersöker hur ett prov påverkar olika färger av ljus. Tillägget ökar endast telefonens tjocklek med ett par centimeter och innehåller billiga delar: akryl-ljusledare, små linser, en spegel, ett diffraktionsgitter och ett 3D-utskrivet hölje. Ljus från telefonens blixt leds genom en liten klar behållare med urin, sprids till ett spektrum av gitteret och fångas upp av kamerasensorn. Noggrann optisk design blockerar svär ljus och håller alla komponenter fasta, vilket gör enheten robust nog för vardagligt bruk. Den medföljande appen spelar in obearbetad högupplöst video, vilket gör att systemet kan fånga mer än tvåtusen distinkta färger mellan mörk violett och rött med mycket låg brusnivå.

Läsa dolda signaler i urin

Spektrumet av urin i sig uppvisar inte uppenbart hur många blodkroppar eller hur mycket protein det innehåller — subtila skiftningar ligger dolda i tusentals datapunkter. För att dra ut dessa dolda signaler använde forskarna statistiska tekniker som söker mönster över många färger samtidigt. För prover tillsatta med kända mängder röda blodkroppar beräknade de spektrums andra derivator för att framhäva små formförändringar, och passade sedan en regressionsmodell som kopplade dessa mönster till cellantal. Denna modell kunde uppskatta blodnivåer med fel på endast några tiotal celler per mikroliter över ett intervall upp till 3200 celler, vilket motsvarar kliniska behov och vida överträffar enkla färgkontroller.

Mäta protein med och utan färgämne

Teamet tillämpade en liknande metod på albumin, ett nyckelprotein vars närvaro i urin, kallat albuminuri, signalerar njurskada. Råa spektra såg återigen ganska ofunktionella ut, men efter ett matematiskt normaliseringssteg framträdde konsekventa skillnader mellan koncentrationsnivåer. En inlärningsalgoritm identifierade sedan de våglängder som var mest informativa för albumin och uppnådde mycket precisa prediktioner över ett brett spektrum av kliniskt relevanta värden. För att ytterligare förbättra prestandan tillsatte forskarna ett vanligt färgämne, bromofenolblått, som blir mer intensivt färgat när det binder till albumin. Med detta enkla extra reagens minskade systemets fel till några milligram per deciliter — bättre än många befintliga punktvårdsverktyg och väl inom kliniska standarder för att upptäcka oroande proteinhalter.

Från prototyp till vardagsverktyg

Enkelt uttryckt visar studien att ett kostnadseffektivt telefonfäste kan nå laboratorieklassens precision för två avgörande urinmarkörer för njursjukdom, med enbart telefonens egen kamera och blixt. SpectraPhone övervinner osäkerheten hos testremsor och levererar specifika numeriska uppskattningar istället för vaga färgblock, och gör det i ett format som kan bäras i en ficka. Författarna noterar att mer arbete krävs med verkliga patientprover och ett större utbud av telefoner, men deras resultat antyder en framtid där människor var som helst kan kontrollera sin njurhälsa lika lätt som att ta ett foto — och upptäcka problem i tid för att förebygga eller bromsa allvarlig sjukdom.

Citering: Song, K., Mandel, I., Cobb, J. et al. Development of a smartphone based spectrometer for high-resolution urinalysis. Sci Rep 16, 8517 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38307-y

Nyckelord: njursjukdom, urintestning, smartphone-hälsa, spektroskopi, punktvårdsdiagnostik