Empfindlicher Drogensensor mit Nanotechnik

Prototyp des neuen Sensors zum Auffinden von Fentanyl (Foto: Aimee Obidzinski, pitt.edu)

Pittsburgh (pte022/03.05.2024/11:30) - Forscher der University of Pittsburgh ( https://www.pitt.edu/ ) um Alexander Star haben einen hochempfindlichen Drogensensor auf Basis von Nanotechnik entwickelt. Dieser spürt somit das synthetische Opioid Fentanyl, das eigentlich zur Bekämpfung von Schmerzen dient und zunehmend als Rauschmittel benutzt wird, zielsicher auf. Nanoröhrchen, Nanopartikel und Antikörper haben die Empfindlichkeit um sechs Größenordnungen steigen lassen, also um das Hunderttausendfache, verglichen mit bisherigen Geräten. Der Sensor kann auch zwischen Fentanyl und anderen Opioiden unterscheiden.

Nanopartikel aus Gold

Stars Sensor verwendet Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Gold-Nanopartikel, um Fentanyl zu identifizieren. Der Schlüssel zu seiner bahnbrechenden Empfindlichkeit liegt jedoch in der Einbindung von Fentanyl-Antikörpern. "Wir nutzen sozusagen die Erfindung der Natur. So können wir diese ultraniedrigen Nachweisgrenzen erreichen", meint Star.

Bei dem innovativen Sensor handelt es sich um eine modifizierte Version des COVID-19-Sensors, der von Stars Forschungsgruppe im Jahr 2020 entwickelt wurde. Dieser ist seinerseits eine Modifikation eines THC-Atemtests - ähnlich einem Alkoholtester, aber für Marihuana - den der Wissenschaftler bereits 2019 entwickelt hat.

Nanoröhrchen leiten Strom

Das Herzstück des Sensors ist ein Chip, auf dem Kohlenstoffnanoröhrchen angebracht sind. Jedes Röhrchen ist wie ein winziger Draht, der um den Faktor 100.000 dünner ist als ein menschliches Haar und Strom gut leitet. An den Nanoröhrchen sind Goldnanopartikel befestigt, die jeweils etwa 43 Nanometer groß sind.

In der Praxis verbinden sich Fentanyl-Moleküle mit den Nanopartikeln und lösen einen Strom aus, der durch die Nanoröhrchen fließt. Verschiedene Substanzen erzeugen unterschiedliche Ströme. Mithilfe von maschinellem Lernen lässt sich der Sensor so trainieren, dass er ein Fentanylmolekül erkennt. Die Trefferquote liegt bei 91 Prozent, wenn es darum geht, Fentanyl von anderen Opioiden zu unterscheiden. Das ist hilfreich, wenn festgestellt werden soll, ob ein anderes Medikament mit Fentanyl verunreinigt wurde, eine häufige Praxis von Drogenhändlern.

Star und sein Team haben einen Fentanyl-Antikörper integriert, die sie an die Nanopartikel aus Gold anhefteten. Die Fentanylmoleküle verbinden sich mit den Antikörpern, die auf sie treffen. Dadurch verändert sich der Strom, der von den Antikörpern in die Nanoröhren fließt, und signalisiert das Vorhandensein der Droge. Das Gerät lässt sich mobil einsetzen, anders als große Massenspektrometer, die bisher zum Nachweis von Fentanyl eingesetzt werden. Star will seinen Sensor jetzt modifizieren, sodass er auch andere Drogen nachweisen kann.

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