Nanorør, nanopartikler og antistoffer registrerer små mængder fentanyl

Et forskerhold ved University of Pittsburgh ledet af Alexander Star, en kemiprofessor ved Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, har udviklet en fentanylsensor, der er seks størrelsesordener mere følsom end nogen elektrokemisk sensor for lægemidlet rapporteret i de seneste fem år. Den bærbare sensor kan også kende forskel på fentanyl og andre opioider.

Deres arbejde er publiceret i tidsskriftet Small .

Fentanyl er et syntetisk opioid og en af ​​de vigtigste årsager til overdosisdødsfald i USA, sagde Star. Det blandes ofte med andre stoffer, men på grund af dets styrke er det ofte til stede i så små mængder, at det kan være svært at opdage.

Stars sensor bruger kulstofnanorør og guldnanopartikler til at skelne fentanyl fra andre opioider. Nøglen til dens banebrydende følsomhed er imidlertid inkorporeringen af ​​fentanylantistoffer. "Vi bruger naturens opfindelse, så at sige," sagde Star. "Det er sådan, vi kan nå disse ultralave niveauer af detektion."

Sensoren er en modificeret version af en COVID-19-sensor udviklet af Stars forskningsgruppe i 2020. COVID-sensoren er i sig selv en tilpasning af en THC-udåndingstest – svarende til en Breathalyzer, men til marihuana – udviklede han i 2019.

Kernen i hver af disse sensorer er en chip med carbon nanorør påsat. Hvert rør er som en lille ledning, der er 100.000 gange mindre end et menneskehår og effektiv til at lede elektricitet. Fastgjort til nanorørene er guldnanopartikler, hver omkring 43 nanometer høje.

I praksis bandt molekyler af fentanyl sig til nanopartiklerne og udløste en strøm, der strømmede gennem nanorørene. Forskellige stoffer skabte forskellige strømme; ved hjælp af maskinlæring var sensoren i stand til at identificere et fentanylmolekyle. Det havde også en succesrate på 91 %, når det kom til at differentiere fentanyl fra andre opioider, hvilket er nyttigt, når man forsøger at afgøre, om et andet lægemiddel er blevet plettet med fentanyl.

For at nå sit hidtil usete niveau af følsomhed tog Star og hans team et signal fra COVID-sensoren og inkorporerede fentanyl-antistoffer, der fæstnede dem til nanopartiklerne. Fentanylmolekyler ville binde tæt til alle antistoffer, de stødte på, og ændre strømmen, der strømmer fra antistofferne ind i nanorørene, hvilket signalerer tilstedeværelsen af ​​lægemidlet.

Resultatet var en sensor, der er mere følsom end nogen anden elektrokemisk fentanyl-sensor, der er rapporteret i de sidste fem år. Stars sensorer detekterede fentanyl på femtomolær skala. Det er 10 ^-15 mol per liter. Den næstnærmeste sensor kan detektere på den nanomolære skala, som er 10 ^-9 mol pr. liter.

"Naturen udviklede disse selektive receptorer," sagde Star. "Vi tilpassede dem på vores platform, kulstofnanorørene."

Ud over dens følsomhed er en anden fordel ved Stars sensor dens bærbarhed. For at detektere så små mængder fentanyl i dag kræver det et massespektrometer - ikke en særlig mobil teknologi. Stars sensor er lille nok til at være håndholdt og billig nok til at være praktisk.

I fremtiden forventer han at bruge denne teknik til at udvikle et sensorarray, der kan detektere mange slags lægemidler.

Flere oplysninger: Wenting Shao et al., Machine Learning Discrimination and Ultrasensitive Detection of Fentanyl Using Gold Nanoparticle-Decorated Carbon Nano tube-Based Field-Effect Transistor Sensors, Small (2024). DOI:10.1002/sml.202311835

Journaloplysninger: Lille

Leveret af University of Pittsburgh