Två år sedan, Cambridge Police Detective Sgt. Louis Cherubino fick ett samtal från ett nålbytesprogram på Central Square.

"Vi kan ha ett fall av carfentanil, "sa den som ringde.

Carfentanil, den mest potenta typen av den redan potenta opioiden fentanyl, beräknas vara 10, 000 gånger starkare än morfin. Används för att lugna stora djur som elefanter, bara några kristaller kan orsaka en överdos hos en människa.

Cherubino, handledaren för enheten för särskilda utredningar vid CPD, var bekymrad. Om carfentanil såldes på gatan, han ville utfärda en gemenskapsvarning så snart som möjligt:​​Någon som köper ett läkemedel som faktureras som heroin eller fentanyl men kantat med karfentanil kan överdosera med mycket mindre än deras vanliga dos. Han tog provet och ringde till statens laboratorium för att begära en rusmedelsanalys. Men labbet kunde inte hjälpa.

Rättsmedicinska laboratorier, ofta överskridit med förfrågningar och underbemannade, prioritera bevis som behövs för att lagföra mål. Och även om Cherubinos avdelning har flera verktyg för identifiering av läkemedel i huset, vissa ger falska positiva eller, mer om, falska negativ:De indikerar att det inte finns något läkemedel där det absolut finns. Utan ett pålitligt test, han kunde inte varna samhället.

Det är där Christoffer Abrahamsson, en postdoktor i George Whitesides lab, kom in. ivriga att ställa in forskning för omedelbar tillämpning, han tänkte sig en ny roll för ett kemiskt analysverktyg utformat i hans labb:läkemedelsidentifiering. I ett papper publicerat i Angewandte Chemie, han och ett forskargrupp under ledning av George Whitesides, Woodward L. och Ann A. Flowers University Professor, och labmedlemmarna Amit Nagarkar, Michael Fink, Daniel Preston, och Shencheng Ge, med Drug Enforcement Administration's Joseph Bozenko, beskriv hur deras densitet-separeringsteknik kan hjälpa brottsbekämpande tjänstemän och rättsmedicinska kemister i deras kamp för att stävja opioidepidemin.

Kallas Magneto-Archimedes Levitation, eller MagLev, verktyget separerar pulverformiga ämnen i svävande moln av kristaller baserat på deras densitet. Billig, lätt att använda, och mer exakt och känslig än någon för närvarande tillgänglig läkemedelsfältprovningsteknik, verktyget kan avsevärt minska falska positiva och negativa, och upptäcka ännu mindre mängder utspädda ämnen - som den potenta fentanylen, eller potentiellt karfentanil - maskerad i andra pulver.

Som Cherubino, Abrahamsson kallade statslaboratoriet:"Ja. Vi är väldigt intresserade."

Men, med begränsad tid och resurser, de lokala kriminalteknikerna pressade Abrahamsson att kontakta det nationella labbet på Drug Enforcement Administration. Ännu en gång, han fick omedelbart intresse. Men den här gången, han fick en partner. I oktober 2018, Abrahamsson reste till Virginia för att träffa Bozenko, en senior forskningskemist vid DEA:s särskilda test- och forskningslaboratorium, för att se hur MagLev hanterade riktiga prover av olagliga droger.

"Det är inte varje dag du tar en semester för att se droger, sa Bozenko, som utvecklar bärbar, kemiska detektorer och nya separatortekniker i sitt labb. Även om han ville gå in på brottsbekämpning som sin far, Joe Sr., Bozenko bytte till rättsmedicinsk kemi under college. Nu, han förstår farorna med fältarbete och vilka verktyg som kan hjälpa DEA -agenter att utföra sitt jobb bättre och säkrare. "Så mycket som min forskning bygger på ett laboratorium, Mycket av mitt fokus bygger på att stödja dem som finns där ute vid trafikstopp, de som bedriver brottsbekämpning, " han sa.

Bozenko var värd för Abrahamsson i tre dagar. Tillsammans, de två kemisterna matade MagLev med sina första olagliga pulver:"Vi började med fentanyl. Det var vårt främsta mål eftersom det är ett av de största problemen just nu, och det fungerade bara direkt, svävar direkt, "Sa Abrahamsson." Det var nästan för bra för att vara sant. "

MagLev står lika högt som en termos. Två magneter vilar som små tegelstenar ovanför och under en kyvett, en tydlig, behållare med raka sidor. Inuti, ett bärnsten, bensinliknande lösning innehåller något som kallas ett gadoliniumkelatkomplex-en förening lindad som en klo runt en svagt magnetisk gadoliniumjon. Presentera ett främmande ämne och den föreningen, lockas till magnetfält ovan och under, kämpar för att komma till magneterna, skjuta åt sidan någonting i dess väg:glas, plast, eller heroin.

"Om vätskan vill vara så nära magneterna som möjligt, sa Fink, en postdoktor i Whitesides lab och en författare på tidningen, "då måste de andra grejerna komma ur vägen." Den här upp och ner-stöten, i kombination med gravitation, tvingar varje ämne att sväva på en höjd som motsvarar dess densitet. Om ett ämne har samma densitet som lösningen, till exempel, den kommer att hänga i exakt mittpunkten mellan magneterna.

Liknande föreningar finns redan, men ingen kan separera ämnen med så stora täthetsintervall. Tricket är ett som löses upp med högre koncentrationer av gadolinium, det magnetiska elementet. Fler gadolinium tränger lösningen, utövar mer kraft när det springer till polerna, och pressar ännu mindre kristaller in i tätare moln.

Som socker, de flesta läkemedelspartiklar löser sig i vatten. Så, laget behövde ett hydrofobt kelat, också - en som kan sväva och inte lösa pulvren. Andra hydrofoba kelat finns, men lösningarna slutar mer honung än bensin. "Försök att skaka ett glas honung och se sedan luftbubblorna stiga, "sa Fink." Ibland stannar de bara kvar. "För att isolera fentanyl, ett pulver lika fint som konditorisocker, de behövde designa en mindre viskös lösning.

"Jag skulle inte säga att det är en förbättring eftersom vi inte hade något att börja med, "Bozenko sa." Detta är nytt i det faktum att det är ett helt annat verktyg att arbeta med. "Ingen annan fälttestningsteknik skiljer föreningar till snygga moln, isolerad för enkel analys. Nuvarande alternativ som immunoanalyser (används i vissa graviditetstester) och kolorimetriska tester som blir gröna, blå eller gul som svar på vissa kemikalier, är relativt snabba och okomplicerade. Men om de tar upp mer än en kemikalie, färgerna blandas, erbjuder en grumlig och otydlig brun.

Än så länge, MagLev has demonstrated separation of up to seven different substances at a time. But that max is based on the highest number the team has tested—they're confident their tool can handle far more. For forensic chemists and law enforcement, that ability is precious:Street drugs are often mixtures of multiple drugs—heroin, fentanyl, kokain, methamphetamines—combined with cutting agents like caffeine, socker, baking soda, powdered milk, lidocaine, or even rat poison.

Ingredient isolation is especially valuable when a new drug pops up. Carfentanil, till exempel, is just fentanyl with a few chemical adjustments. A few more adjustments and a new—potentially even more dangerous—version could appear on the street. År 2018, the DEA discovered 22 previously unidentified substances; six of those were new types of fentanyl.

Bozenko said when new drugs come in, backlogs mount. Even in a forensic laboratory outfitted with the best chemical analysis tools, isolating an unidentified powder in a compound takes time. MagLev separates most compounds in just five to 25 minutes. Forensic chemists can then extract each purified cloud with a syringe and use technology as large and expensive as some cars—like nuclear magnetic resonance spectrometers or high-resolution mass spectrometry—to confirm their identities. Fortfarande, most local labs can't afford these machines, so the MagLev, which could cost just $30 to $200, depending on the size of the magnets, could be a valuable addition to an analytical arsenal:New versions of fentanyl, till exempel, would hover in the same general area, betraying a shared chemical foundation. Even without more intense analysis, labs can take important precautions when handling a possible fentanyl analog, which can pose a significant—even lethal—threat to bystanders if handled improperly.

"[MagLev] could enable us to identify novel drugs in a faster time period, which does serve the public, " Bozenko said. Unidentified substances are, by definition, not illegal. Someone caught dealing an unknown chemical—even one responsible for lethal overdoses—cannot be prosecuted until a forensic chemist determines the powder's chemical structure. MagLev's quick and accurate results could speed the process from seizure to identification, regulation, and prosecution in the United States. In third-world countries where more expensive tools are out of the question, the cheap, power-independent technology could offer a reliable if not their only way to perform forensic chemical analysis.

Abrahamsson and Bozenko have plans to improve their technology, för. With a few tweaks, an officer could operate a smaller version in the field, mixing a powder into the solution, placing the cuvette between the magnets, and waiting for the separation to occur. Så småningom, Bozenko hopes to pair MagLev with a spectrophotometric—or laser-based—tool to confirm the presumptive result on scene.

Last spring, a MagLev could have given Cherubino enough evidence to warn his community faster. Men först, the Whitesides lab and the DEA still need collect more data to get MagLev certified for forensic analysis.

"We are looking for funding and partners to support our research and efforts to bring the benefits of MagLev to the analysis of drugs on the streets, " Abrahamsson said. "We intend to eventually make MagLev an off-the-shelf product available to our law enforcement officers.

He added:"The biggest reward for the research would be to see it used to save lives."