Tänk om en enda ton kunde betyda skillnaden mellan liv och död?

En ny sensor baserad på en 3, 000 år gamla afrikanska musikinstrument kan användas för att identifiera ämnen, inklusive en giftig kemikalie som ibland av misstag läggs till läkemedel. Mbira-sensorn, som kan tillverkas av hyllplan eller kasserade material, skulle kunna erbjuda apotekare och konsumenter i utvecklingsvärlden ett billigt skydd mot förfalskade och förfalskade läkemedel.

Världshälsoorganisationen uppskattar att 10 procent av alla läkemedel i låg- och medelinkomstländer är förfalskade. Befintlig teknik för att identifiera förfalskade läkemedel är både dyra och kräver experttekniker, ingen av dem är lättillgänglig i stora delar av utvecklingsvärlden.

Enheten, byggd av en ingenjör vid University of California, Riverside, och beskrivs i en tidning som publicerades idag i ACS Omega , kan noggrant mäta densiteten av vilken vätska som helst. Att jämföra densiteten hos ett misstänkt flytande läkemedel med densiteten hos den kända produkten kan avslöja om de två läkemedlen har samma ingredienser eller inte.

Forskningen inspirerades av observationen att ljudfrekvenser som skapas av ett musikinstrument bestäms av instrumentets fysiska egenskaper. Till exempel, tonhöjden på en gitarrsträng är en funktion av strängens längd och spänning.

"Kan vi lägga till ett prov till ett musikinstrument, mäta den resulterande förändringen i instrumentets noter, och använda denna ändring för att fastställa information om provet och dess egenskaper?" frågade William Grover, en biträdande professor i bioteknik vid UCR:s Marlan och Rosemary Bourns College of Engineering.

Att få reda på, Grover och hans team modifierade en mbira, eller kalimba, ett musikinstrument med ursprung i Afrika tillverkat av graderade metallstift fästa på en klangbotten. Utsprången spelar olika musikaliska toner när de plockas med fingret. Genom att ersätta metallstiften med en längd böjd metallslang och injicera den med en vätska, Grover jämförde frekvensen av de musikaliska tonerna som gjordes av det fyllda och tomma röret för att mäta vätskans densitet. Tömma, röret spelade en skarp ton; när den är fylld med vatten, den spelade en F-skärp.

Med skrotved och slang hittade han i sitt garage, Grover byggde en ny enhet från grunden. Experiment visade att det optimala mbira-sensorröret hade tunna väggar och en längd som inte var kortare än 50 millimeter. Hans elever använde enheten för att mäta densiteten av allt från lokalt flodvatten till buffelmjölk i Indien, men de bestämde sig snart för att upptäcka farliga mediciner som den perfekta första applikationen för deras sensor.

Ett äktenskapsbrott som ibland finns i förfalskade förkylningsmediciner är dietylenglykol, ett gift som ser ut, smakar, och luktar glycerol, en sirap som innehåller de aktiva ingredienserna i många förkylnings- och influensamediciner. Sedan 1985, en dödlig massförgiftning orsakad av läkemedel som innehåller dietylenglykol har inträffat någonstans i världen i genomsnitt vartannat år, med en sammanlagd dödssiffra i hundratals. En billig sensor som kan användas av både experter och konsumenter skulle rädda liv.

Forskarna bekräftade först att deras mbira-sensor kunde se skillnaden mellan ofarlig glycerol och dödlig dietylenglykol. Efter att ha fyllt sensorn med varje ämne, spela in sina musiknoter med en smartphone, och ladda upp inspelningarna till en analyswebbplats som de skapade (mbira.groverlab.org), de fann att glycerol och dietylenglykol gör anteckningar vars frekvenser skiljer sig med 10 hertz.

Det här är för liten skillnad för att märka på gehör, men det är lätt att upptäcka av webbplatsens programvara. Det visar att någon som använder mbira-sensorn och en smartphone lätt kan skilja dessa två ämnen.

Forskarna testade sedan sex olika partier av en populär förkylnings- och influensamedicin som köpts från olika apotek i Riverside-området. Alla samplingar gjorde samma musikton när de laddades in i sensorn. Detta tyder på att medicinproverna var identiska och autentiska, och att varje prov av drogen som gör en annan musikalisk ton måste vara kemiskt annorlunda än den autentiska drogen och kan vara förfalskade eller förfalskade.

Sensorn kan hjälpa läkemedelsföretag eller farmaceuter i utvecklingsländerna att verifiera flaskor med glycerol som kan ha blivit felmärkta, oavsiktligt eller inte, av tillverkaren eller distributören. Det kan också hjälpa konsumenter att upptäcka förfalskade läkemedel genom att jämföra tätheten av ett misstänkt prov med ett känt bra prov av samma läkemedel.

Att mäta densitet som en musikalisk not ger också den överraskande möjligheten att skriva frekvensen med hjälp av musiknotation som lätt tolkas av alla som kan läsa musik, med liten eller ingen vetenskaplig utbildning. Av denna anledning, författarna inkluderade musikaliska notationsversioner av densitetsmätningarna i tidningen.