Ett forskarlag vid University of Pittsburgh ledd av Alexander Star, en kemiprofessor vid Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, har utvecklat en fentanylsensor som är sex storleksordningar känsligare än någon elektrokemisk sensor för läkemedlet som rapporterats i de senaste fem åren. Den bärbara sensorn kan också se skillnad på fentanyl och andra opioider.

Deras arbete publiceras i tidskriften Small .

Fentanyl är en syntetisk opioid och en av de främsta drivkrafterna i överdosdödsfall i USA, sa Star. Det blandas ofta med andra droger, men på grund av dess styrka finns det ofta i så små mängder att det kan vara svårt att upptäcka.

Stars sensor använder kolnanorör och guldnanopartiklar för att skilja fentanyl från andra opioider. Nyckeln till dess banbrytande känslighet är dock inkorporeringen av fentanylantikroppar. "Vi använder naturens uppfinning, så att säga," sa Star. "Det är så vi kan nå dessa ultralåga nivåer av upptäckt."

Sensorn är en modifierad version av en covid-19-sensor som utvecklades av Stars forskargrupp 2020. Covid-sensorn är i sig en anpassning av ett THC-andningstest – liknande en alkomätare, men för marijuana – utvecklade han 2019.

I kärnan av var och en av dessa sensorer finns ett chip med kolnanorör fästa. Varje rör är som en liten tråd som är 100 000 gånger mindre än ett människohår och effektivt för att leda elektricitet. Fäst till nanorören är guldnanopartiklar, var och en cirka 43 nanometer hög.

I praktiken band fentanylmolekyler till nanopartiklarna, vilket utlöste en ström som flödade genom nanorören. Olika ämnen skapade olika strömmar; med hjälp av maskininlärning kunde sensorn identifiera en fentanylmolekyl. Det hade också en framgångsfrekvens på 91 % när det gällde att skilja fentanyl från andra opioider, vilket är användbart när man försöker avgöra om ett annat läkemedel har behäftats med fentanyl.

För att nå sin oöverträffade känslighetsnivå tog Star och hans team en ledtråd från covid-sensorn och inkorporerade fentanylantikroppar, som fäste dem till nanopartiklarna. Fentanylmolekyler skulle tätt binda till alla antikroppar de stötte på, förändra strömmen som flyter från antikropparna in i nanorören, vilket signalerar närvaron av läkemedlet.

Resultatet var en sensor som är känsligare än någon elektrokemisk fentanylsensor som rapporterats under de senaste fem åren. Stars sensorer upptäckte fentanyl på femtomolarskalan. Det är 10 ^-15 mol per liter. Den närmaste sensorn kan detektera på den nanomolära skalan, som är 10 ^-9 mol per liter.

"Naturen utvecklade dessa selektiva receptorer," sa Star. "Vi anpassade dem på vår plattform, kolnanorören."

Förutom dess känslighet är en annan fördel med Stars sensor dess portabilitet. För att upptäcka så små mängder fentanyl idag krävs en masspektrometer – inte en särskilt mobil teknologi. Stars sensor är tillräckligt liten för att hållas i handen och tillräckligt billig för att vara praktisk.

I framtiden räknar han med att använda denna teknik för att utveckla en sensoruppsättning som kan upptäcka många typer av droger.

Mer information: Wenting Shao et al, Machine Learning Discrimination and Ultrasensitive Detection of Fentanyl Using Gold Nanopartikel-dekorerade kolnanorör-baserade fälteffekttransistorsensorer, Små (2024). DOI:10.1002/smll.202311835

Journalinformation: Liten

Tillhandahålls av University of Pittsburgh