E se você pudesse fazer um teste de cocaína, opióides e maconha tão rapidamente quanto um bafômetro identifica o álcool?

Um novo, chip de detecção química de baixo custo nos traz um passo mais perto dessa tecnologia, que há muito tempo está na lista de desejos de policiais e outros que procuram monitorar o uso de drogas e coibir a direção perigosa.

O chip pode ser integrado a um dispositivo portátil, dispositivo portátil para detecção de drogas em amostras biológicas, como sangue, respiração, urina ou saliva.

"Atualmente, há uma grande demanda por testes de drogas no local, "diz Qiaoqiang Gan, PhD, professor associado de engenharia elétrica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Buffalo. "O chip de alto desempenho que projetamos foi capaz de detectar cocaína em minutos em nossos experimentos. Também é barato:pode ser produzido com matérias-primas que custam cerca de 10 centavos, e as técnicas de fabricação que usamos também são de baixo custo. "

"No futuro, esperamos também usar essa tecnologia para detectar outras drogas, incluindo maconha, ", acrescenta." A legalização cada vez maior da maconha levanta uma série de questões sociais, incluindo a necessidade de um sistema para testar rapidamente os motoristas quanto ao uso de drogas ”.

Gan desenvolveu o novo chip com uma equipe que incluiu os primeiros autores Jun Gao, pesquisador associado de Ciências dos Materiais na Universidade Fudan na China, e Nan Zhang, um candidato a PhD na UB, junto com colegas do Departamento de Engenharia Elétrica da UB; o UB Research Institute on Addictions; e o Departamento de Saúde Comunitária e Comportamento de Saúde da UB na Escola de Saúde Pública e Profissionais da Saúde da UB.

O estudo, financiado pela National Science Foundation, foi publicado em 7 de maio na revista Métodos Pequenos .

Detectando a impressão digital química da cocaína e outras drogas

O novo chip é uma nanoestrutura projetada que captura a luz nas bordas das nanopartículas de ouro e prata. Quando moléculas biológicas ou químicas pousam na superfície do chip, parte da luz capturada interage com as moléculas e é "espalhada" na luz de novas energias. Este efeito ocorre em padrões reconhecíveis que atuam como impressões digitais, revelando informações sobre quais compostos estão presentes.

Porque todos os produtos químicos - cocaína, opioides, e ingredientes ativos na maconha - têm suas assinaturas únicas de dispersão de luz, os pesquisadores podem usar a tecnologia para identificar rapidamente uma ampla gama de produtos químicos.

Este método de detecção é chamado de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS), e não é novo. Mas o chip que a equipe de Gan desenvolveu é notável por seu alto desempenho e baixo custo.

"O SERS é muito promissor para a detecção rápida de drogas e outros produtos químicos, mas os materiais necessários para realizar a detecção são geralmente muito caros, "Zhang diz." Os chips usados ​​para SERS são normalmente fabricados usando métodos caros, como litografia, que cria padrões específicos em um substrato de metal. Criamos nosso chip depositando várias camadas finas de materiais em um substrato de vidro, que é econômica e adequada para produção em escala industrial. "

Um bolo de camada ótica

O novo chip - uma estrutura conhecida como metassuperfície - se assemelha a um bolo de camadas, com várias camadas horizontais de material colocadas umas sobre as outras.

Especificamente, a tecnologia consiste em uma folha de material dielétrico (por exemplo, dióxido de silício, óxido de aluminio, etc.) imprensado entre um espelho de prata (a base do chip) e um nanomaterial híbrido feito de nanopartículas de ouro e prata (a superfície ativa do chip).

Essa arquitetura é ideal para SERS:moléculas de cocaína ou outras substâncias caem nos pequenos espaços entre as nanopartículas na superfície do chip. Então, quando a estrutura é exposta à luz para teste, o espelho de prata e a camada dielétrica atuam como uma "cavidade óptica, "manipulando a luz de uma forma que aumenta o número de fótons na superfície do chip. isso intensifica a assinatura de espalhamento de compostos que estão sendo detectados, o que melhora a detecção.

A tecnologia tem uma longa vida útil, com os pesquisadores descobrindo que ele teve um bom desempenho após um ano de armazenamento. A longevidade do chip se deve em parte ao design de sua superfície:as nanopartículas de ouro, que são depositados por último, ajudam a proteger as nanopartículas de prata do ar, que evita a oxidação, degradação e embaciamento.

“Com a nossa estrutura, podemos obter alto desempenho e desempenho estável ao longo do tempo, "Gan diz.

A próxima etapa da pesquisa é instalar o chip de forma simples, dispositivo de teste portátil. Esta tecnologia geraria sangue primeiro, respiração, urina ou saliva através de um processo de purificação que extrai moléculas específicas, como cocaína ou outras drogas. Então, quaisquer produtos químicos capturados por meio desse procedimento seriam transferidos para o chip para detecção e identificação.