Due anni fa, Il sergente investigativo della polizia di Cambridge Louis Cherubino ha ricevuto una chiamata da un programma di scambio di siringhe in Central Square.

"Potremmo avere un caso di carfentanil, " disse il chiamante.

Carfentanil, il tipo più potente del già potente oppioide fentanil, è stimato in 10, 000 volte più forte della morfina. Usato per sedare grandi animali come elefanti, solo pochi cristalli possono causare un'overdose in un essere umano.

Cherubino, il supervisore del Nucleo Investigativo Speciale presso il CPD, era preoccupato. Se il carfentanil veniva venduto per strada, voleva emettere un avviso alla comunità il prima possibile:qualcuno che acquista un farmaco pubblicizzato come eroina o fentanil ma corretto con carfentanil potrebbe andare in overdose con una dose molto inferiore alla loro dose tipica. Ha raccolto il campione e ha chiamato il laboratorio statale per richiedere un'analisi urgente della droga. Ma il laboratorio non poteva aiutare.

Laboratori forensi, spesso invaso da richieste e a corto di personale, dare priorità alle prove necessarie per perseguire i casi. E sebbene il dipartimento di Cherubino tenga in casa diversi strumenti per l'identificazione dei farmaci, alcuni danno falsi positivi o, più preoccupante, falsi negativi:indicano che non c'è droga dove c'è assolutamente. Senza un test affidabile, non poteva avvertire la comunità.

Ecco dove Christoffer Abrahamsson, uno studioso postdottorato nel laboratorio di George Whitesides, è entrato. Desideroso di mettere a punto la ricerca per un'applicazione immediata, ha immaginato un nuovo ruolo per uno strumento di analisi chimica progettato nel suo laboratorio:l'identificazione dei farmaci. In un articolo pubblicato su Angewandte Chemie, lui e un gruppo di ricerca guidato da George Whitesides, il professore della Woodward L. e Ann A. Flowers University, e i membri del laboratorio Amit Nagarkar, Michael Fink, Daniel Preston, e Shencheng Ge, con Joseph Bozenko della Drug Enforcement Administration, descrivono come la loro tecnologia di separazione della densità potrebbe aiutare le forze dell'ordine e i chimici forensi nella loro lotta per frenare l'epidemia di oppiacei.

Chiamato Levitazione Magneto-Archimede, o MagLev, lo strumento separa le sostanze in polvere in nuvole di cristalli levitanti in base alla loro densità. A buon mercato, facile da usare, e più accurata e sensibile di qualsiasi tecnologia attualmente disponibile per i test sul campo dei farmaci, lo strumento potrebbe ridurre significativamente i falsi positivi e negativi, e rilevare quantità ancora più piccole di sostanze diluite, come il potente fentanil, o potenzialmente carfentanil, mascherato all'interno di altre polveri.

Come Cherubino, Abrahamsson ha chiamato il laboratorio statale:"Sì. Siamo molto interessati".

Ma, con tempo e risorse limitate, i chimici forensi locali hanno spinto Abrahamsson a contattare il laboratorio nazionale presso la Drug Enforcement Administration. Di nuovo, ha ricevuto interesse immediato. Ma questa volta, ha un compagno. Nell'ottobre del 2018 Abrahamsson si recò in Virginia per incontrare Bozenko, un chimico di ricerca senior presso il laboratorio di prove e ricerche speciali della DEA, per vedere come MagLev ha gestito campioni reali di droghe illecite.

"Non capita tutti i giorni di fare una vacanza per andare a vedere la droga, " ha detto Bozenko, chi sviluppa portatile, rivelatori chimici e nuove tecniche di separazione nel suo laboratorio. Anche se voleva entrare nelle forze dell'ordine come suo padre, Joe Sr., Bozenko passò alla chimica forense durante il college. Ora, comprende i pericoli del lavoro sul campo e quali strumenti potrebbero aiutare gli agenti della DEA a svolgere il proprio lavoro in modo migliore e più sicuro. "Per quanto la mia ricerca sia basata in un laboratorio, gran parte della mia attenzione si basa sul supporto di coloro che sono là fuori alle fermate del traffico, coloro che stanno conducendo le indagini delle forze dell'ordine, " Egli ha detto.

Bozenko ha ospitato Abrahamsson per tre giorni. Insieme, i due chimici hanno somministrato a MagLev le sue prime polveri illegali:"Abbiamo iniziato con il fentanyl. Quello era il nostro obiettivo principale perché è uno dei problemi più grandi in questo momento, e ha funzionato direttamente, levitato direttamente, " Abrahamsson ha detto. "Era quasi troppo bello per essere vero".

MagLev è alto quanto un thermos. Due magneti riposano come mattoncini sopra e sotto una cuvetta, un chiaro, contenitore dritto. Dentro, un'ambra, La soluzione simile alla benzina contiene qualcosa chiamato complesso di chelato di gadolinio, un composto avvolto come un artiglio attorno a uno ione di gadolinio debolmente magnetico. Introdurre una sostanza estranea e quel composto, attratto dai campi magnetici sopra e sotto, si arrampica per raggiungere i magneti, spingendo da parte tutto ciò che incontra:il vetro, plastica, o eroina.

"Se il liquido vuole essere il più vicino possibile ai magneti, " disse Fink, uno studioso postdottorato nel laboratorio di Whitesides e un autore sulla carta, "poi le altre cose devono togliersi di mezzo." Questa spinta in alto e in basso, combinato con la gravità, costringe ogni sostanza a levitare ad un'altezza corrispondente alla sua densità. Se una sostanza condivide la stessa densità della soluzione, Per esempio, si bloccherà esattamente nel punto medio tra i magneti.

Esistono già composti simili, ma nessuno può separare sostanze con così grandi intervalli di densità. Il trucco è quello che si dissolve con concentrazioni più elevate di gadolinio, l'elemento magnetico. Più gadolinio affolla la soluzione, esercitando più forza mentre corre ai poli, e spingendo cristalli ancora più piccoli in nuvole più strette.

come lo zucchero, la maggior parte delle particelle di droga si dissolve in acqua. Così, il team aveva bisogno di un chelato idrofobo, anche, uno che potesse levitare e non dissolvere le polveri. Esistono altri chelati idrofobici, ma le soluzioni finiscono per avere più miele che benzina. "Prova a scuotere un bicchiere di miele e poi guarda le bolle d'aria salire, " ha detto Fink. "A volte stanno semplicemente lì." Per isolare il fentanyl, una polvere fine come lo zucchero a velo, avevano bisogno di progettare una soluzione meno viscosa.

"Non direi che è un miglioramento perché non avevamo niente con cui cominciare, " ha detto Bozenko. "Questo è nuovo nel fatto che è uno strumento completamente diverso con cui lavorare." Nessun'altra tecnologia di test sul campo separa i composti in nuvole ordinate, isolato per una facile analisi. Opzioni attuali come i test immunologici (utilizzati in alcuni test di gravidanza) e i test colorimetrici che diventano verdi, blu o giallo in risposta a determinate sostanze chimiche, sono relativamente veloci e senza complicazioni. Ma se raccolgono più di una sostanza chimica, i colori si fondono, offrendo un marrone torbido e inconcludente.

Finora, MagLev has demonstrated separation of up to seven different substances at a time. But that max is based on the highest number the team has tested—they're confident their tool can handle far more. For forensic chemists and law enforcement, that ability is precious:Street drugs are often mixtures of multiple drugs—heroin, fentanyl, cocaina, methamphetamines—combined with cutting agents like caffeine, zucchero, baking soda, powdered milk, lidocaine, or even rat poison.

Ingredient isolation is especially valuable when a new drug pops up. Carfentanil, Per esempio, is just fentanyl with a few chemical adjustments. A few more adjustments and a new—potentially even more dangerous—version could appear on the street. Nel 2018, the DEA discovered 22 previously unidentified substances; six of those were new types of fentanyl.

Bozenko said when new drugs come in, backlogs mount. Even in a forensic laboratory outfitted with the best chemical analysis tools, isolating an unidentified powder in a compound takes time. MagLev separates most compounds in just five to 25 minutes. Forensic chemists can then extract each purified cloud with a syringe and use technology as large and expensive as some cars—like nuclear magnetic resonance spectrometers or high-resolution mass spectrometry—to confirm their identities. Ancora, most local labs can't afford these machines, so the MagLev, which could cost just $30 to $200, depending on the size of the magnets, could be a valuable addition to an analytical arsenal:New versions of fentanyl, Per esempio, would hover in the same general area, betraying a shared chemical foundation. Even without more intense analysis, labs can take important precautions when handling a possible fentanyl analog, which can pose a significant—even lethal—threat to bystanders if handled improperly.

"[MagLev] could enable us to identify novel drugs in a faster time period, which does serve the public, " Bozenko said. Unidentified substances are, per definizione, not illegal. Someone caught dealing an unknown chemical—even one responsible for lethal overdoses—cannot be prosecuted until a forensic chemist determines the powder's chemical structure. MagLev's quick and accurate results could speed the process from seizure to identification, regulation, and prosecution in the United States. In third-world countries where more expensive tools are out of the question, the cheap, power-independent technology could offer a reliable if not their only way to perform forensic chemical analysis.

Abrahamsson and Bozenko have plans to improve their technology, pure. With a few tweaks, an officer could operate a smaller version in the field, mixing a powder into the solution, placing the cuvette between the magnets, and waiting for the separation to occur. Infine, Bozenko hopes to pair MagLev with a spectrophotometric—or laser-based—tool to confirm the presumptive result on scene.

Last spring, a MagLev could have given Cherubino enough evidence to warn his community faster. Ma prima, the Whitesides lab and the DEA still need collect more data to get MagLev certified for forensic analysis.

"We are looking for funding and partners to support our research and efforts to bring the benefits of MagLev to the analysis of drugs on the streets, " Abrahamsson said. "We intend to eventually make MagLev an off-the-shelf product available to our law enforcement officers.

He added:"The biggest reward for the research would be to see it used to save lives."