¿Qué pasaría si pudiera hacer una prueba de cocaína, opioides y marihuana tan rápido como un alcoholímetro identifica el alcohol?
Un nuevo chip de detección química de bajo costo nos acerca un paso más a esta tecnología, que ha estado en la lista de deseos de oficiales de policía y otros que buscan monitorear el uso de drogas y frenar la conducción peligrosa.
El chip podría integrarse en un dispositivo portátil de mano para detectar drogas en muestras biológicas como sangre, aliento, orina o saliva.
"Actualmente, hay una gran demanda de pruebas de drogas en el sitio", dice Qiaoqiang Gan, PhD, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Universidad de Buffalo School of Engineering and Applied Sciences ". El chip de alto rendimiento que diseñamos fuecapaz de detectar cocaína en cuestión de minutos en nuestros experimentos. También es económico: se puede producir utilizando materias primas que cuestan alrededor de 10 centavos, y las técnicas de fabricación que utilizamos también son de bajo costo ".
"En el futuro, esperamos utilizar también esta tecnología para detectar otras drogas, incluida la marihuana", agrega. "La ampliación de la legalización de la marihuana plantea muchos problemas sociales, incluida la necesidad de un sistema para probar rápidamente los conductorespara uso 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 de Fudan en China, y Nan Zhang, candidato a doctorado en la UB, junto con colegas del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UB;UB Research Institute on Addictions y UB Department of Community Health and Health Behavior in the UB School of Public Health and Health Professions.
El estudio, financiado por la National Science Foundation, fue publicado el 7 de mayo en la revista Pequeños métodos .
Detectando la huella química de la cocaína y otras drogas
El nuevo chip es una nanoestructura de ingeniería 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" a la luz de las nuevasenergías. Este efecto ocurre en patrones reconocibles que actúan como huellas dactilares, revelando información sobre qué compuestos están presentes.
Debido a que todos los químicos - cocaína, opioides e ingredientes activos en la marihuana - tienen sus firmas únicas de dispersión de la luz, los investigadores pueden usar la tecnología para identificar rápidamente una amplia gama de químicos.
Este método de detección se llama espectroscopía Raman de superficie mejorada SERS, y no es nuevo. Pero el chip que desarrolló el equipo de Gan es notable por su alto rendimiento y bajo costo.
"SERS es muy prometedor para la detección rápida de medicamentos y otras sustancias químicas, pero los materiales necesarios para realizar la detección suelen ser bastante caros", dice Zhang. "Los chips utilizados para SERS generalmente se fabrican utilizando métodos costosos, comolitografía, que crea patrones específicos en un sustrato metálico. Creamos nuestro chip depositando varias capas delgadas de materiales en 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 lámina de material dieléctrico por ejemplo, dióxido de silicio, óxido de aluminio, etc. encajonado entre un espejo plateado la base del chip y un nanomaterial híbrido hecho de nanopartículas de oro y plata el chip activosuperficie.
Esta arquitectura es ideal para SERS: las 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 la prueba, el espejo plateado y la capa dieléctrica actúan como un"cavidad óptica", que manipula la luz de una manera que aumenta el número de fotones en la superficie del chip. En última instancia, esto intensifica la firma de dispersión de los compuestos que se detectan, lo que mejora la detección.
La tecnología tiene una larga vida útil, y los investigadores descubrieron 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, ayudan a proteger las nanopartículas de platadel aire, lo que evita la oxidación, la degradación y el empañamiento.
"Con nuestra estructura, podemos lograr tanto un alto rendimiento como un rendimiento estable con el tiempo", dice Gan.
El siguiente paso en la investigación es instalar el chip en un dispositivo de prueba simple y portátil. Esta tecnología primero pasaría 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 mediante este procedimiento se transferirá al chip para su detección e identificación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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