Et si vous pouviez tester la cocaïne, les opioïdes et la marijuana aussi rapidement qu'un alcootest identifie l'alcool?

Un nouveau, La puce de détection chimique à faible coût nous rapproche un peu plus de cette technologie, qui figure depuis longtemps sur la liste de souhaits des policiers et autres personnes cherchant à surveiller la consommation de drogue et à freiner la conduite dangereuse.

La puce pourrait être intégrée dans un ordinateur de poche, dispositif portable de détection de drogues dans des échantillons biologiques tels que le sang, souffle, urine ou crachats.

"Actuellement, il y a une forte demande de dépistage de drogue sur place, " dit Qiaoqiang Gan, Doctorat, professeur agrégé de génie électrique à l'Université de Buffalo School of Engineering and Applied Sciences. "La puce haute performance que nous avons conçue a été capable de détecter la cocaïne en quelques minutes dans nos expériences. Elle est également peu coûteuse :elle peut être produite à partir de matières premières qui coûtent environ 10 centimes, et les techniques de fabrication que nous avons utilisées sont également peu coûteuses."

"À l'avenir, nous espérons également utiliser cette technologie pour détecter d'autres drogues, y compris la marijuana, " ajoute-t-il. " L'élargissement de la légalisation du cannabis soulève de nombreux problèmes de société, y compris la nécessité d'un système pour tester rapidement les conducteurs pour la consommation de drogue. "

Gan a développé la nouvelle puce avec une équipe qui comprenait les premiers auteurs Jun Gao, chercheur associé en sciences des matériaux à l'Université de Fudan en Chine, et Nan Zhang, un doctorant à l'UB, avec des collègues du département de génie électrique de l'UB; l'Institut de recherche sur les toxicomanies de l'UB ; et le Département de la santé communautaire et du comportement en matière de santé de l'UB School of Public Health and Health Professions.

L'étude, financé par la National Science Foundation, a été publié le 7 mai dans la revue Petites méthodes .

Détecter l'empreinte chimique de la cocaïne et d'autres drogues

La nouvelle puce est une nanostructure conçue qui piège la lumière aux bords des nanoparticules d'or et d'argent. Lorsque des molécules biologiques ou chimiques atterrissent à la surface de la puce, une partie de la lumière capturée interagit avec les molécules et est "dispersée" dans la lumière de nouvelles énergies. Cet effet se produit dans des motifs reconnaissables qui agissent comme des empreintes digitales, révélant des informations sur les composés présents.

Parce que tous les produits chimiques—cocaïne, opioïdes, et les ingrédients actifs de la marijuana - ont leurs signatures uniques de diffusion de la lumière, les chercheurs peuvent utiliser la technologie pour identifier rapidement un large éventail de produits chimiques.

Cette méthode de détection est appelée spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS), et ce n'est pas nouveau. Mais la puce développée par l'équipe de Gan se distingue par ses hautes performances et son faible coût.

« SERS est très prometteur pour la détection rapide de médicaments et d'autres produits chimiques, mais les matériaux requis pour effectuer la détection sont généralement assez coûteux, " dit Zhang. " Les puces utilisées pour le SERS sont généralement fabriquées à l'aide de méthodes coûteuses, comme la lithographie, qui crée des motifs spécifiques sur un substrat métallique. Nous avons créé notre puce en déposant différentes couches minces de matériaux sur un substrat de verre, qui est rentable et adapté à la production à l'échelle industrielle.

Un gâteau de couches optiques

La nouvelle puce, une structure connue sous le nom de métasurface, ressemble à un gâteau en couches, avec plusieurs couches horizontales de matériau superposées.

Spécifiquement, la technologie consiste en une feuille de matériau diélectrique (par exemple, dioxyde de silicium, oxyde d'aluminium, etc.) pris en sandwich entre un miroir d'argent (la base de la puce) et un nanomatériau hybride composé de nanoparticules d'or et d'argent (la surface active de la puce).

Cette architecture est idéale pour le SERS :des molécules de cocaïne ou d'autres substances tombent dans les minuscules espaces entre les nanoparticules à la surface de la puce. Puis, lorsque la structure est exposée à la lumière pour les tests, le miroir d'argent et la couche diélectrique agissent comme une "cavité optique, " manipuler la lumière d'une manière qui augmente le nombre de photons à la surface de la puce. En fin de compte, cela intensifie la signature de diffusion des composés détectés, ce qui améliore la détection.

La technologie a une longue durée de vie, les chercheurs ont constaté qu'il fonctionnait bien après un an de stockage. La longévité de la puce est due en partie à sa conception de surface :les nanoparticules d'or, qui sont déposés en dernier, aider à protéger les nanoparticules d'argent de l'air, qui empêche l'oxydation, dégradation et ternissement.

"Avec notre structure, nous pouvons réaliser à la fois des performances élevées et des performances stables dans le temps, " dit Gan.

La prochaine étape de la recherche consiste à installer la puce de manière simple, appareil de test portable. Cette technologie ferait d'abord couler le sang, souffle, l'urine ou la salive par un procédé de purification qui extrait des molécules spécifiques, comme la cocaïne ou d'autres drogues. Puis, tous les produits chimiques capturés par cette procédure seraient transférés à la puce pour la détection et l'identification.