El nuevo chip sensor químico desarrollado por los investigadores. En el futuro podría integrarse en dispositivos portátiles de detección de drogas. Foto: Douglas Levere (Universidad de Buffalo)
En la entrada de hoy vamos a cambiar la temática de los últimos días y volveremos a las drogas de abuso. En concreto hoy traemos una investigación innovadora que puede ser la solución para la detección rápida de las drogas de abuso.
The revolution in the rapid detection of drugs of abuse
In today’s post we are going to change the theme of the last days and we will return to drugs of abuse. In particular today we bring an innovative research that can be the solution for the rapid detection of drugs of abuse.
El equipo del Dr. Qiaoqiang Gan, professor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Buffalo, han diseñado un nuevo chip compuesto por una nanoestructura que atrapa la luz en los bordes de las nanopartículas de oro y plata. Cuando las moléculas biológicas o químicas se depositan en la superficie del chip, parte de la luz capturada interactúa con las nanomoléculas y se «dispersa» la luz. Este efecto ocurre en patrones reconocibles que actúan como huellas dactilares, revelando información sobre qué compuestos están presentes en dichas muestras biológicas. Esta tecnología se ha publicado en la revista Small Methods, titulado «Superabsorbing Metasurfaces with Hybrid Ag–Au Nanostructures for Surface‐Enhanced Raman Spectroscopy Sensing of Drugs and Chemicals«.
The team of Dr. Qiaoqiang Gan, professor of electrical engineering at the University of Buffalo, has designed a new chip composed of a nanostructure that traps light at the edges of gold and silver nanoparticles. When biological or chemical molecules are deposited on the surface of the chip, part of the captured light interacts with the nanomolecules and «scatters» the light. This effect occurs in recognizable patterns that act as fingerprints, revealing information about what compounds are present in these biological samples. This technology has been published in the journal Small Methods, entitled «Superabsorbing Metasurfaces with Hybrid Ag-Au Nanostructures for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Sensing of Drugs and Chemicals«.
La tecnología consiste en una lámina de material dieléctrico (por ejemplo, dióxido de silicio, óxido de aluminio, etc.) intercalada entre un espejo plateado (la base del chip) y un nanomaterial híbrido hecho de nanopartículas de oro y plata (superficie activa del chip) . Esto posiblemente es lo que estábamos esperando, con esta tecnología, podemos depositar sobre una de estos chips una muestra de sangre, saliva, orina o aire espirado y tras la aplicación de un método óptico de retroiluminación se puede detectar como se dispersa la luz en función de la sustancia que contenga la muestra biológica. Según cuentan los autores, la cocaína, los opiáceos y los derivados del cannabis tienen una especial onda de dispersión de la luz, como una huella dactilar específica de cada sustancia.
The technology consists of a sheet of dielectric material (for example, silicon dioxide, aluminum oxide, etc.) sandwiched between a silver mirror (the base of the chip) and a hybrid nanomaterial made of gold and silver nanoparticles (active surface of the chip). This is possibly what we were expecting, with this technology, we can deposit on one of these chips a sample of blood, saliva, urine or exhaled air and after the application of an optical backlight method it can be detected how the light is dispersed depending on of the substance containing the biological sample. According to the authors, cocaine, opiates and cannabis derivatives have a special light scattering wave, like a specific fingerprint of each substance.
El método de detección es la espectroscopia de superficie de Ramam (SERS), las moléculas de cocaína u otras sustancias caen en los pequeños espacios entre las nanopartículas en la superficie del chip. Luego, cuando la estructura se expone a la luz, el espejo plateado y la capa dieléctrica actúan como una «cavidad óptica», manipulando la luz de una manera que aumente la cantidad de fotones en la superficie del chip. En última instancia, esto intensifica la forma de dispersión de los compuestos que se detectan, lo que mejora la detección.
The detection method is Ramam surface spectroscopy (SERS), cocaine molecules or other substances fall into the small spaces between the nanoparticles on the surface of the chip. Then, when the structure is exposed to light, the silver mirror and the dielectric layer act as an «optical cavity», manipulating the light in a way that increases the number of photons on the surface of the chip. Ultimately, this intensifies the form of dispersion of the compounds that are detected, which improves detection.
El sensor tiene una vida útil larga y los investigadores descubrieron que funciona bien después de un año de almacenamiento. La longevidad del chip se debe en parte a su diseño de superficie: las nanopartículas de oro, que se depositan en último lugar, ayudan a proteger las nanopartículas de plata del aire, lo que evita la oxidación, la degradación y el deslustre. Pues además de la alta sensibilidad y especificidad de esta prueba, también es económica: puede producirse utilizando materias primas que cuestan alrededor de 10 centavos y las técnicas de fabricación también son de bajo coste. Este chip, barato y sensible, además es rápido, es capaz de detectar cocaína en cuestión de minutos.
The sensor has a long lifespan and the researchers found that it works well after a year of storage. The longevity of the chip is due in part to its surface design: the gold nanoparticles, which are deposited last, help protect the silver nanoparticles from the air, which prevents oxidation, degradation and tarnish. As well as the high sensitivity and specificity of this test, it is also economical: it can be produced using raw materials that cost around 10 cents and manufacturing techniques are also low cost. This chip, cheap and sensitive, is also fast, it is capable of detecting cocaine in a matter of minutes.
Con todo esto, solo queda preguntarnos ¿cuándo estará a nuestra disposición? Según los autores de la investigación, el siguiente paso es instalar el chip en un dispositivo de prueba simple y portátil, donde se pueda depositar un extracto purificado de la muestra para identificar que sustancia psicotrópica se encuentra en la misma. La utilidad para nuestro entorno puede ser incalculable, en la sala de autopsia, a la hora de evaluar a un detenido o principalmente para las fuerzas de seguridad en los controles de tráfico.
With all this, we only have to ask ourselves when will it be at our disposal? According to the authors of the research, the next step is to install the chip in a simple and portable test device, where you can deposit a purified extract of the sample to identify what psychotropic substance is in it. The utility for our environment can be incalculable, in the autopsy room, when evaluating a detainee or mainly for the security forces in traffic controls.
As we see the technology is on our side, the technique that we present today is quick, easy, accurate and also cheap, but the question we have already asked before, when will this technology be available to us ?. We will continue alert.
Como vemos la tecnología está de nuestro lado, la técnica que hoy os presentamos es rápida, fácil, precisa y además barato, pero la pregunta ya nos la hemos hecho anteriormente, ¿cuándo estará esta tecnología a nuestra disposición?. Seguiremos atentos.