Development of a non-invasive method using electromagnetic signals for the detection of substances affecting human metabolism: identification of bioactive components in food

Abstract

This doctoral dissertation proposes the development of an innovative, non-destructive, and non-invasive methodology for the detection and differentiation of substances through the emission of low-frequency electromagnetic signals, utilizing an active inertial sensor. The aim of this research is to establish a reliable framework for the identification and classification of a wide range of materials, such as pharmaceutical compounds, fertilizers, phenolic compounds, and secondary metabolites, by leveraging their unique electromagnetic characteristics. The study includes a detailed description of the structure and individual components of the inertial sensor, as well as an analysis of its kinematic behavior. Special emphasis is placed on the development of a comprehensive calibration protocol to ensure the repeatability and accuracy of measurements under varying conditions. Furthermore, the research examines the dynamic response of the sensor to electromagnetic radiation, analyzing critical parameters such as charging time, and relaxation time, which reflect the interaction of electromagnetic fields with the studied materials. A key focus of this research is investigating the sensor’s ability to detect and distinguish substances with similar molecular structures based on their response to specific electromagnetic frequencies. By analyzing the relationships between structural similarities and frequency-dependent behavior, the study aims to establish a deeper understanding of how molecular architecture influences electromagnetic interactions. An expected outcome of this research is the validation of the proposed methodology for complex sample analysis, as well as the creation of a database that will include substances and their corresponding resonance frequencies. Particular emphasis is placed on the use of the proposed methodology as an initial step in the detection of specific compounds, such as secondary metabolites, in indigenous edible plants. This approach allows for rapid and reliable identification of the presence of bioactive substances without the need for complex preparation or processing. It serves as an early diagnostic tool that can guide further, more detailed analyses using advanced techniques and helps reduce time and cost, making it highly practical for both research and field applications.

Αυτή η διδακτορική διατριβή προτείνει την ανάπτυξη μιας καινοτόμου, μη καταστροφικής και μη επεμβατικής μεθοδολογίας για την ανίχνευση και διαφοροποίηση ουσιών μέσω της εκπομπής χαμηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικών σημάτων, χρησιμοποιώντας έναν ενεργό αδρανειακό αισθητήρα. Σκοπός της έρευνας είναι η δημιουργία ενός αξιόπιστου πλαισίου για την αναγνώριση και ταξινόμηση ενός ευρέος φάσματος υλικών, όπως φαρμακευτικές ενώσεις, λιπάσματα, φαινολικές ενώσεις και δευτερογενείς μεταβολίτες, με βάση τα μοναδικά ηλεκτρομαγνητικά τους χαρακτηριστικά. Η μελέτη περιλαμβάνει αναλυτική περιγραφή της δομής και των επιμέρους εξαρτημάτων του αδρανειακού αισθητήρα, καθώς και ανάλυση της κινηματικής του συμπεριφοράς. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου πρωτοκόλλου βαθμονόμησης, ώστε να διασφαλίζεται η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των μετρήσεων υπό διαφορετικές συνθήκες. Επιπλέον, η έρευνα εξετάζει τη δυναμική απόκριση του αισθητήρα στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, αναλύοντας κρίσιμες παραμέτρους όπως ο χρόνος φόρτισης και ο χρόνος χαλάρωσης, που αντικατοπτρίζουν την αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με τα υπό μελέτη υλικά. Βασικό σημείο εστίασης της έρευνας αποτελεί η διερεύνηση της ικανότητας του αισθητήρα να ανιχνεύει και να διακρίνει ουσίες με παρόμοιες μοριακές δομές, βάσει της απόκρισής τους σε συγκεκριμένες ηλεκτρομαγνητικές συχνότητες. Μέσω της ανάλυσης των σχέσεων μεταξύ δομικών ομοιοτήτων και συμπεριφοράς εξαρτώμενης από τη συχνότητα, η μελέτη αποσκοπεί στην εις βάθος κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η μοριακή αρχιτεκτονική επηρεάζει τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Ένα αναμενόμενο αποτέλεσμα της παρούσας έρευνας είναι η επικύρωση της προτεινόμενης μεθοδολογίας για την ανάλυση σύνθετων δειγμάτων, καθώς και η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων που θα περιλαμβάνει ουσίες και τις αντίστοιχες συχνότητες συντονισμού τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη χρήση της προτεινόμενης μεθοδολογίας ως αρχικό στάδιο για την ανίχνευση συγκεκριμένων ενώσεων, όπως δευτερογενείς μεταβολίτες, σε εδώδιμα αυτοφυή φυτά. Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει τον ταχύ και αξιόπιστο εντοπισμό της παρουσίας βιοδραστικών ουσιών χωρίς την ανάγκη πολύπλοκης προετοιμασίας ή επεξεργασίας. Λειτουργεί ως εργαλείο πρώιμης διάγνωσης που μπορεί να καθοδηγήσει περαιτέρω, λεπτομερέστερες αναλύσεις με τη χρήση προηγμένων τεχνικών και συμβάλλει στη μείωση του χρόνου και του κόστους, καθιστώντας τη ιδιαίτερα πρακτική για ερευνητικές και επιτόπιες εφαρμογές.