Un nuovo chip di rilevamento chimico a basso costo potrebbe essere integrato in un dispositivo portatile per rilevare i farmaci in campioni biologici come sangue, respiro, urina o saliva.

“Attualmente c’è una grande richiesta di test antidroga in loco”, afferma Qiaoqiang Gan, PhD, professore associato di ingegneria elettrica presso l’Università della Buffalo School of Engineering and Applied Sciences. “Il chip che abbiamo progettato è stato in grado di rilevare la cocaina in pochi minuti ed è anche economico: può essere prodotto utilizzando materie prime che costano circa 10 centesimi e le tecniche di fabbricazione che abbiamo utilizzato sono anche a basso costo”.

ll nuovo chip di rilevamento chimico sviluppato dai ricercatori.
Ph:buffalo.edu

Rilevare la cocaina e altri farmaci

Il nuovo chip è una nanostruttura ingegnerizzata che intrappola la luce ai bordi delle nanoparticelle di oro e argento. Quando molecole biologiche o chimiche si depositano sulla superficie del chip, parte della luce catturata interagisce con le molecole e viene “dispersa” sotto forma di luce di nuove energie.

Poiché tutte le sostanze chimiche (cocaina, oppioidi e principi attivi nella marijuana) hanno modi diversi di diffondere la luce, i ricercatori possono utilizzare questa proprietà per identificare rapidamente una vasta gamma di sostanze chimiche. Questo metodo di rilevamento è chiamato spettroscopia Raman con superficie migliorata (SERS).

Una torta di strati ottici

Il nuovo chip, una struttura conosciuta come metasurface, ricorda una torta a strati, con diversi strati orizzontali di materiale posti l’uno sull’altro.

Nello specifico, la tecnologia consiste in un foglio di materiale dielettrico (ad esempio biossido di silicio, ossido di alluminio, ecc.) Inserito tra uno specchio d’argento (la base del chip) e un nanomateriale ibrido costituito da nanoparticelle di oro e argento (la superficie attiva del chip).

Un’immagine al microscopio elettronico a scansione mostra la superficie di un nuovo chip. La superficie è costituita da nanoparticelle d’oro (piccoli punti luminosi) che sono state depositate su nanoparticelle d’argento (regioni grigio chiaro) per formare una nanostruttura oro-argento ibrida
Ph: buffalo.edu

Le molecole di cocaina o altre sostanze cadono negli spazi minuscoli tra le nanoparticelle sulla superficie del chip. Quando la struttura viene esposta alla luce per il test, lo specchio d’argento e lo strato dielettrico agiscono come una “cavità ottica“, manipolando la luce in un modo che aumenti il numero di fotoni sulla superficie del chip.

Come un etilometro

Questa tecnologia ha una lunga durata di conservazione, con i ricercatori che hanno riscontrato che ha funzionato bene dopo un anno di conservazione. La longevità del chip è dovuta in parte al suo design superficiale: le nanoparticelle d’oro, che sono depositate per ultime, aiutano a schermare le nanoparticelle d’argento dall’aria, impedendo l’ossidazione, la degradazione e l’ossidazione.

“Con la nostra struttura, possiamo realizzare sia prestazioni elevate che prestazioni stabili nel tempo”, afferma Gan.

Il prossimo passo nella ricerca è installare il chip in un dispositivo di test semplice e portatile. Questa tecnologia dovrebbe eseguire su sangue, respiro, urina o saliva un processo di purificazione che estrae molecole specifiche, come la cocaina o altri farmaci. Quindi, qualsiasi sostanza chimica catturata attraverso questa procedura verrebbe trasferita sul chip per il rilevamento e l’identificazione.