Nanotubos, nanopartículas e anticorpos detectam pequenas quantidades de fentanil
Alexander Star desenvolveu um sensor de fentanil que é seis ordens de magnitude mais sensível do que qualquer sensor eletroquímico para a droga relatado nos últimos cinco anos. Crédito:Aimee Obidzinski/PITT Uma equipe de pesquisa da Universidade de Pittsburgh liderada por Alexander Star, professor de química da Escola de Artes e Ciências Kenneth P. Dietrich, desenvolveu um sensor de fentanil que é seis ordens de magnitude mais sensível do que qualquer sensor eletroquímico para a droga relatado em últimos cinco anos. O sensor portátil também pode diferenciar entre fentanil e outros opioides.
Seu trabalho foi publicado na revista Small .
O fentanil é um opioide sintético e um dos principais responsáveis pelas mortes por overdose nos Estados Unidos, disse Star. Muitas vezes é misturado com outras drogas, mas devido à sua potência, está frequentemente presente em quantidades tão pequenas que pode ser difícil de detectar.
O sensor da Star usa nanotubos de carbono e nanopartículas de ouro para diferenciar o fentanil de outros opioides. A chave para a sua sensibilidade inovadora, no entanto, é a incorporação de anticorpos contra fentanil. “Estamos usando uma invenção da natureza, por assim dizer”, disse Star. “É assim que podemos atingir esses níveis ultrabaixos de detecção”.
O sensor é uma versão modificada de um sensor COVID-19 desenvolvido pelo grupo de pesquisa da Star em 2020. O sensor COVID é em si uma adaptação de um teste respiratório de THC – semelhante a um bafômetro, mas para maconha – que ele desenvolveu em 2019.
No centro de cada um desses sensores está um chip com nanotubos de carbono anexados. Cada tubo é como um pequeno fio 100.000 vezes menor que um fio de cabelo humano e eficaz na condução de eletricidade. Presas aos nanotubos estão nanopartículas de ouro, cada uma com cerca de 43 nanômetros de altura.
Na prática, as moléculas de fentanil ligaram-se às nanopartículas, desencadeando uma corrente que fluiu através dos nanotubos. Diferentes substâncias criaram diferentes correntes; usando aprendizado de máquina, o sensor foi capaz de identificar uma molécula de fentanil. Também teve uma taxa de sucesso de 91% quando se tratou de diferenciar o fentanil de outros opioides, o que é útil ao tentar determinar se outro medicamento foi contaminado com fentanil.
Para atingir seu nível de sensibilidade sem precedentes, Star e sua equipe seguiram a sugestão do sensor COVID e incorporaram anticorpos de fentanil, ligando-os às nanopartículas. As moléculas de fentanil se ligariam fortemente a quaisquer anticorpos que encontrassem, alterando a corrente que flui dos anticorpos para os nanotubos, sinalizando a presença da droga.
O resultado foi um sensor mais sensível do que qualquer sensor eletroquímico de fentanil relatado nos últimos cinco anos. Os sensores da Star detectaram fentanil na escala femtomolar. Isso é 10
-15
moles por litro. O próximo sensor mais próximo pode detectar na escala nanomolar, que é 10
-9
moles por litro.
“A natureza desenvolveu esses receptores seletivos”, disse Star. “Nós os adaptamos em nossa plataforma, os nanotubos de carbono”.
Além da sensibilidade, outro benefício do sensor da Star é a portabilidade. Para detectar quantidades tão pequenas de fentanil hoje é necessário um espectrômetro de massa – e não uma tecnologia particularmente móvel. O sensor da Star é pequeno o suficiente para ser portátil e barato o suficiente para ser prático.
No futuro, ele prevê usar essa técnica para desenvolver um conjunto de sensores que possa detectar muitos tipos de drogas.
