¿Y si pudieras probar la cocaína? opioides y marihuana tan rápido como un alcoholímetro identifica el alcohol?

Un nuevo El chip sensor químico de bajo costo nos acerca un paso más a esta tecnología, que ha estado durante mucho tiempo en la lista de deseos de los oficiales de policía y otras personas que buscan monitorear el uso de drogas y frenar la conducción peligrosa.

El chip podría integrarse en una computadora de mano, dispositivo portátil para la detección de fármacos en muestras biológicas como sangre, aliento, orina o saliva.

"En la actualidad, existe una gran demanda de pruebas de detección de drogas in situ, "dice Qiaoqiang Gan, Doctor, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Buffalo. "El chip de alto rendimiento que diseñamos fue capaz de detectar cocaína en minutos en nuestros experimentos. También es económico:se puede producir con materias primas que cuestan alrededor de 10 centavos de dólar, y las técnicas de fabricación que utilizamos también son de bajo costo ".

"En el futuro, también esperamos utilizar esta tecnología para detectar otras drogas, incluida la marihuana, ", agrega." La creciente legalización de la marihuana plantea muchos problemas sociales, incluida la necesidad de un sistema para evaluar rápidamente a los conductores en cuanto al consumo de drogas ".

Gan desarrolló el nuevo chip con un equipo que incluía a los primeros autores Jun Gao, investigador asociado de Ciencias de los Materiales en la Universidad Fudan en China, y Nan Zhang, candidato a doctorado en la UB, junto a compañeros del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UB; el Instituto de Investigación en Adicciones de la UB; y el Departamento de Salud Comunitaria y Comportamientos Sanitarios de la Facultad de Salud Pública y Profesiones Sanitarias de la UB.

El estudio, financiado por la National Science Foundation, fue publicado el 7 de mayo en la revista Pequeños métodos .

Detectar la huella química de la cocaína y otras drogas.

El nuevo chip es una nanoestructura diseñada que atrapa la luz en los bordes de las nanopartículas de oro y plata. Cuando las moléculas biológicas o químicas aterrizan en la superficie del chip, parte de la luz capturada interactúa con las moléculas y se "dispersa" en la luz de nuevas energías. Este efecto se produce en patrones reconocibles que actúan como huellas dactilares, revelando información sobre qué compuestos están presentes.

Porque todos los productos químicos, la cocaína, opioides, e ingredientes activos de la marihuana:tienen sus firmas únicas de dispersión de luz, los investigadores pueden utilizar la tecnología para identificar rápidamente una amplia gama de productos químicos.

Este método de detección se llama espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS), y no es nuevo. Pero el chip que desarrolló el equipo de Gan destaca por su alto rendimiento y bajo costo.

"SERS es muy prometedor para la detección rápida de drogas y otras sustancias químicas, pero los materiales necesarios para realizar la detección suelen ser bastante caros, ", Dice Zhang." Los chips que se utilizan para SERS se fabrican normalmente con métodos costosos, como la litografía, que crea patrones específicos sobre un sustrato metálico. Creamos nuestro chip depositando varias capas delgadas de materiales sobre un sustrato de vidrio, que es rentable y adecuado para la producción a escala industrial ".

Un pastel de capa óptica

El nuevo chip, una estructura conocida como metasuperficie, se asemeja a un pastel de capas, con varias capas horizontales de material colocadas una encima de la otra.

Específicamente, la tecnología consiste en una hoja de material dieléctrico (por ejemplo, dióxido de silicio, oxido de aluminio, etc.) intercalado entre un espejo plateado (la base del chip) y un nanomaterial híbrido hecho de nanopartículas de oro y plata (la superficie activa del chip).

Esta arquitectura es ideal para SERS:moléculas de cocaína u otras sustancias caen en los pequeños espacios entre las nanopartículas en la superficie del chip. Luego, cuando la estructura se expone a la luz para realizar pruebas, el espejo de plata y la capa dieléctrica actúan como una "cavidad óptica, "manipular la luz de una manera que aumente la cantidad de fotones en la superficie del chip. En última instancia, esto intensifica la firma de dispersión de los compuestos que se sienten, lo que mejora la detección.

La tecnología tiene una larga vida útil, y los investigadores encontraron que funcionó bien después de un año de almacenamiento. La longevidad del chip se debe en parte al diseño de su superficie:las nanopartículas de oro, que se depositan en último lugar, ayudar a proteger las nanopartículas de plata del aire, que previene la oxidación, degradación y deslustre.

"Con nuestra estructura, Podemos lograr un alto rendimiento y un rendimiento estable a lo largo del tiempo, "Gan dice.

El siguiente paso de la investigación es instalar el chip de forma sencilla dispositivo de prueba portátil. Esta tecnología primero correría sangre, aliento, orina o saliva a través de un proceso de purificación que extrae moléculas específicas, como la cocaína u otras drogas. Luego, cualquier producto químico capturado a través de este procedimiento se transferiría al chip para su detección e identificación.