E se potessi fare il test per la cocaina, oppioidi e marijuana con la stessa rapidità con cui un etilometro identifica l'alcol?

Una nuova, il chip di rilevamento chimico a basso costo ci avvicina di un passo a questa tecnologia, che è stato a lungo nella lista dei desideri degli agenti di polizia e di altri che cercano di monitorare l'uso di droghe e frenare la guida pericolosa.

Il chip potrebbe essere integrato in un palmare, dispositivo portatile per il rilevamento di farmaci in campioni biologici come sangue, respiro, urina o sputo.

"Attualmente, c'è una grande richiesta di test antidroga in loco, "dice Qiaoqiang Gan, dottorato di ricerca, professore associato di ingegneria elettrica presso l'Università della Buffalo School of Engineering and Applied Sciences. "Il chip ad alte prestazioni che abbiamo progettato è stato in grado di rilevare la cocaina in pochi minuti nei nostri esperimenti. È anche poco costoso:può essere prodotto utilizzando materie prime che costano circa 10 centesimi, e anche le tecniche di fabbricazione che abbiamo usato sono a basso costo."

"Nel futuro, speriamo di utilizzare questa tecnologia anche per rilevare altri farmaci, compresa la marijuana, " aggiunge. "La crescente legalizzazione della marijuana solleva molti problemi sociali, compresa la necessità di un sistema per testare rapidamente i conducenti per l'uso di droghe".

Gan ha sviluppato il nuovo chip con un team che includeva i primi autori Jun Gao, un ricercatore associato di Scienze dei materiali presso la Fudan University in Cina, e Nan Zhang, un dottorando presso UB, insieme ai colleghi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'UB; l'Istituto di Ricerca UB sulle Dipendenze; e il Dipartimento UB per la salute comunitaria e il comportamento sanitario nella Scuola UB di sanità pubblica e professioni sanitarie.

Lo studio, finanziato dalla National Science Foundation, è stato pubblicato il 7 maggio sulla rivista Piccoli metodi .

Rilevamento dell'impronta digitale chimica di cocaina e altre droghe

Il nuovo chip è una nanostruttura ingegnerizzata che intrappola la luce ai bordi delle nanoparticelle d'oro e d'argento. Quando le molecole biologiche o chimiche atterrano sulla superficie del chip, parte della luce catturata interagisce con le molecole e viene "dispersa" nella luce di nuove energie. Questo effetto si verifica in modelli riconoscibili che fungono da impronte digitali, rivelando informazioni su quali composti sono presenti.

Perché tutte le sostanze chimiche, cocaina, oppioidi, e ingredienti attivi nella marijuana, hanno le loro firme uniche di diffusione della luce, i ricercatori possono utilizzare la tecnologia per identificare rapidamente un'ampia gamma di sostanze chimiche.

Questo metodo di rilevamento è chiamato spettroscopia Raman con superficie potenziata (SERS), e non è nuovo. Ma il chip sviluppato dal team di Gan è degno di nota per le sue alte prestazioni e il basso costo.

"Il SERS è molto promettente per il rilevamento rapido di farmaci e altre sostanze chimiche, ma i materiali necessari per eseguire il rilevamento sono generalmente piuttosto costosi, " Zhang dice. "I chip utilizzati per SERS sono in genere fabbricati utilizzando metodi costosi, come la litografia, che crea modelli specifici su un substrato metallico. Abbiamo creato il nostro chip depositando vari strati sottili di materiali su un substrato di vetro, che è conveniente e adatto per la produzione su scala industriale."

Una torta a strati ottica

Il nuovo chip, una struttura nota come metasuperficie, assomiglia a una torta a strati, con diversi strati orizzontali di materiale posti uno sopra l'altro.

Nello specifico, la tecnologia consiste in un foglio di materiale dielettrico (es. biossido di silicio, ossido di alluminio, ecc.) racchiusi tra uno specchio d'argento (la base del chip) e un nanomateriale ibrido costituito da nanoparticelle di oro e argento (la superficie attiva del chip).

Questa architettura è ideale per SERS:molecole di cocaina o altre sostanze cadono nei piccoli spazi tra le nanoparticelle sulla superficie del chip. Quindi, quando la struttura è esposta alla luce per il test, lo specchio d'argento e lo strato dielettrico fungono da "cavità ottica, " manipolare la luce in modo da aumentare il numero di fotoni sulla superficie del chip. In definitiva, questo intensifica la firma di dispersione dei composti rilevati, che migliora il rilevamento.

La tecnologia ha una lunga durata, con i ricercatori che hanno scoperto che ha funzionato bene dopo un anno di stoccaggio. La longevità del chip è dovuta in parte al suo design della superficie:le nanoparticelle d'oro, che vengono depositati per ultimi, aiutano a proteggere le nanoparticelle d'argento dall'aria, che previene l'ossidazione, degrado e appannamento.

"Con la nostra struttura, possiamo realizzare sia alte prestazioni che prestazioni stabili nel tempo, " dice Gan.

Il prossimo passo nella ricerca è installare il chip in modo semplice, dispositivo di prova portatile. Questa tecnologia farebbe prima scorrere il sangue, respiro, urina o saliva attraverso un processo di purificazione che estrae molecole specifiche, come cocaina o altre droghe. Quindi, qualsiasi sostanza chimica catturata attraverso questa procedura verrebbe trasferita al chip per il rilevamento e l'identificazione.