Forschung: Mit Nanomaterial-Pflaster Drogenkonsum erkennen

R   (10 Februar 2021)  |  Updated

Forscher des Korea Institute of Materials Science (KIMS) haben einen tragbaren Sensor entwickelt, der mit Hilfe von Nanomaterialien illegale Drogen im Schweiß nachweisen kann. Die Technologie kann das optische Signal von Betäubungsmitteln mit Hilfe eines flexiblen, am Körper getragenen Materials verfolgen, das eine schnelle und hochempfindliche Drogenerkennung ermöglichen soll.

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Das Schweißpflaster wird für eine bestimmte Zeit auf die Haut geklebt und dann zur Prüfung mit Licht bestrahlt. Dieser Vorgang soll nur etwa eine Minute dauern.  Ein Fortschritt im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren. Diese erfordern eine komplexe Methode zur Extraktion von drogenverdächtigen Bestandteilen aus biologischen Proben - einschließlich Haaren, Blut und Urin - und die anschließende Analyse der Drogen durch Gas- oder Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie.

Obwohl Schnellkits Drogen im Urin nachweisen können, erkennen sie nur eine einzige Komponente in einem einzigen Test und haben eine geringe Empfindlichkeit. Die Forscher konzentrierten sich auf Schweiß, der nicht invasiv ist, im Gegensatz zu Urintests, die einen geschulten Techniker zur Beobachtung des Prozesses erfordern können. Im Schweiß wird nur eine geringe Menge an Substanzen ausgeschieden, daher musste eine hochempfindliche Sensortechnologie für eine bessere Erkennung entwickelt werden.

Die Sensorik des Teams nutzte die oberflächenverstärkte "Raman-Streuungstechnologie", die in der Lage ist, das Raman-Signal von chemischen Substanzen um mehr als das Tausendfache zu verstärken. Da das Raman-Streusignal das spezifische Signal der Moleküle beinhaltet, ist eine intuitive Substanzidentifikation möglich, egal welche Droge ausgeschüttet wird. Die Forscher verwendeten ein natürliches Protein, das aus einem Seidenraupenkokon extrahiert wurde, um einen 160nm dicken Film herzustellen, der als Sensor verwendet werden sollte.

Der Film wurde mit 250nm dicken Silber-Nanodrähten beschichtet und auf das medizinische Pflaster übertragen, das auf der Haut angebracht werden kann. Sobald das Pflaster den Schweiß aufnimmt, dringt die im Schweiß enthaltene Arzneimittelsubstanz in den tragbaren Sensor ein und erreicht den Silber-Nanodraht. Durch die Bestrahlung des Pflasters mit dem Raman-Laser kann die Droge in Echtzeit nachgewiesen werden, ohne dass der Sensor entfernt werden muss.

Diese Technologie kann dazu beitragen, soziale Probleme wie die Verbreitung und den Missbrauch von Drogen in Clubs und anderen sozialen Einrichtungen anzugehen sowie verbotene Substanzen, die von Sportlern eingenommen werden, zu erkennen. Die Kosten sind aber nicht trivial. Ein Pflaster soll um die 50 Pfund kosten.

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