2008, en förorening undgick kvalitetsgarantierna inom läkemedelsindustrin och infiltrerade en stor del av utbudet av det populära blodförtunnande heparinet, sjuka hundratals och döda omkring 100 i USA

Det krävdes ett team av forskare ledda av U.S. Food and Drug Administration för att bekräfta föroreningen, ett toxin som strukturellt liknar heparin som spårades till en kinesisk leverantör. Men upptäckten av orenheten krävde "en enorm insats av tunga slagare i kemivärlden, "sa Jason Dwyer, docent i kemi vid University of Rhode Island.

Efter nästan åtta års forskning, Dwyer har utvecklat en enklare och snabbare metod för att upptäcka orenheten i heparin, tillsammans med att skapa en process som kan ha större fördelar. Hans forskning presenterades idag i den prestigefyllda onlinetidskriften Naturkommunikation , en del av sviten av tidskrifter från utgivaren av Nature.

"Det finns tester som är mycket mer sofistikerade och dyra för att upptäcka föroreningen, sa Dwyer, av Providence, R.I. "Vad vi kunde göra är - på ett mycket billigt och snabbt sätt - fingeravtryck av heparin och berätta när det finns en förorening i det."

Forskningen, "Surveying Silicon Nitride Nanopores for Glycomics and Heparin Quality Assurance, " skulle också kunna användas för att analysera hela klassen av molekyler som heparin tillhör med bred användning inom biomedicinsk diagnostik, läkemedel och miljöavkänning. Dwyers bredare studier av sockerarter förstärktes i juli med en $318, 000 bidrag från National Science Foundation.

Till exempel, Dwyer sa, den nya detektionstekniken skulle kunna fungera som ett kvalitetssäkringsverktyg inom hela läkemedelsindustrin, särskilt med en ökad push för att utveckla fler sockerbaserade läkemedel, såsom heparin. "Socker är otroligt viktigt, sa Dwyer, vars forskning tidigare har fått publicering i de profilerade tidskrifterna Natur och Vetenskap . "Det är hur bakterier kommunicerar med varandra. De är hur vi ska utforma många nya läkemedel. Så vi behöver nya verktyg för att analysera sockerarter."

För att utveckla den nya detekteringstekniken, Dwyer vände sig till en avkänningsmetod som bevisats i sekvensering av DNA och proteiner. Sensorn består av ett hål, eller nanopore, mindre än en tusendel tjockleken på ett människohår, sittande på ett membran som är ännu tunnare, och testar ämnen på minsta detekterbara nivå - en enda molekyl.

Medan sensorn, en nanopor av kiselnitrid i fast tillstånd, fungerade bra för DNA, det måste omkylas för sockermolekyler, som är mycket mer komplexa, sa Dwyer, vars grupp var en av de första som fokuserade på sockerarter.

Från och med 2010, projektet utvecklades tillsammans med annat arbete av Dwyers team. Det tog år att tillverka och finjustera enheter, förfina nanoporen och förhindra att öppningen täpps igen. "Ett stort antal studenter har arbetat med detta projekt under åren, "Sade Dwyer." Vi har inte ångrat oss. Vi stötte våra huvuden mot väggen under en period och vi insåg att vi behövde göra en hel del grundläggande arbete innan vi kunde komma till punkten att upptäcka."

Ett oväntat problem löstes av Buddini Karawdeniya, huvudförfattare till tidningen som avslutade sin doktorsexamen i kemi vid URI under våren. När hon försökte köra sockermolekyler genom nanoporen, de gick bakåt. "1996, folk kom på hur DNA kunde kännas med en nanopor, "Dwyer sa." Det fanns några märkliga men det fungerade som det var förväntat. Sockerarter fungerade inte som förväntat. Så Buddini var tvungen att titta på vad som hade gjorts i 20 år, men vet att hon var tvungen att börja om på någon nivå. "

Med krisen 2008, forskare hade lyckats identifiera och upptäcka förorenat kondroitinsulfatförorening, som var nästan identisk med heparinet. Med hjälp av den finjusterade nanoporen, Dwyers forskning tittade på båda proverna, fastställt att signalerna de genererade var 99 procent identiska, och utformade analystekniker för att använda skillnaden på 1 procent för att på ett tillförlitligt sätt upptäcka orenheten.

"Testet vi kom med tar cirka 20 minuter, " han sa, "och fungerar vid kliniskt relevanta koncentrationer."

Målet är att göra upptäckten av föroreningen ännu snabbare, ner till minuter och sekunder. På samma gång, enheten måste anpassas för en kommersiell användare som kanske saknar expertis från en forskare i ett teknikutvecklingslabb. Också, verktyget måste prestera exakt i en mindre kontrollerad miljö.

"Det är här forskningen börjar övergå till utveckling, och vi börjar förfina villkoren och enheterna ännu mer, "Sa Dwyer." Ofta är upptäckt den enklaste delen. Att förfina det för slutanvändaren tar tid."

Nanoporen som kom ut ur heparinforskningen utformades med det i åtanke. Den använder teknik som liknar den som finns i nästan varje konsumentelektronik, sa Dwyer, så det finns redan en industri redo att producera sensorerna i stor skala.

"Vi försöker alltid tänka på konsumentmarknaden, "sa han." Det vi gör på labbet är en sak - och det är en livsviktig sak - men hur översätter vi det till den verkliga världen? "