매우 민감한 새로운 휴대용 펜타닐 센서

휴대용 센서는 펜타닐과 기타 아편유사제의 차이도 구분할 수 있다.

펜타닐은 합성 오피오이드이며 미국에서 과다 복용으로 인한 사망의 주요 원인 중 하나라고 피츠버그 대학의 화학 교수인 알렉산더 스타(Alexander Star)는 말한다. 종종 다른 약물과 혼합되지만 효능 때문에 감지하기 어려울 정도로 적은 양으로 존재하는 경우가 많다.

새로운 센서는 탄소 나노튜브와 금 나노입자를 사용하여 펜타닐을 다른 오피오이드와 구별한다. 그러나 획기적인 감도의 핵심은 펜타닐 항체의 통합이다.

“우리는 말하자면 자연의 발명품을 사용하고 있다.”라고 스타는 말한다. "이것이 바로 우리가 매우 낮은 수준의 탐지에 도달할 수 있는 방법이다."

이 센서는 스타의 연구 그룹이 2020년에 개발한 코로나19 센서의 수정된 버전이다. 코로나19 센서 자체는 그가 2019년에 개발한 음주 측정기와 유사하지만 마리화나용 THC 호흡 테스트를 적용한 것이다.

각 센서의 핵심에는 탄소나노튜브가 부착된 칩이 있다. 각 튜브는 인간의 머리카락보다 100,000배 더 작고 전기를 전도하는 데 뛰어난 작은 와이어와 같다. 나노튜브에는 높이가 약 43나노미터인 금 나노입자가 부착되어 있다.

실제로 펜타닐 분자는 나노입자에 결합하여 나노튜브를 통해 흐르는 전류를 촉발했다. 서로 다른 물질은 서로 다른 전류를 생성했다. 머신러닝을 사용하여 센서는 펜타닐 분자를 식별할 수 있었다. 또한 다른 오피오이드와 펜타닐을 구별하는 데 있어서 91%의 성공률을 보였는데, 이는 다른 약물이 펜타닐로 오염되었는지 확인하려고 할 때 도움이 된다.

전례 없는 수준의 감도에 도달하기 위해 스타와 그의 팀은 코로나 센서에서 신호를 받아 펜타닐 항체를 통합하여 나노입자에 부착했다. 펜타닐 분자는 만난 모든 항체에 단단히 결합하여 항체에서 나노튜브로 흐르는 전류를 변경하여 약물의 존재를 알린다.

그 결과 지난 5년 동안 보고된 어떤 전기화학적 펜타닐 센서보다 더 민감한 센서가 탄생했다. 스타의 센서는 펨토몰 규모의 펜타닐을 감지했다. 리터 당 10~15몰이다. 다음으로 가장 가까운 센서는 리터당 10-9몰인 나노몰 규모로 감지할 수 있다.

“자연은 이러한 선택적 수용체를 개발했다.”라고 스타는 말한다. "우리는 이를 우리 플랫폼인 탄소 나노튜브에 적용했다."

감도 외에도 스타 센서의 또 다른 이점은 휴대성이다. 오늘날 이러한 소량의 펜타닐을 검출하려면 특별히 이동식 기술이 아닌 질량 분석기가 필요하다. 스타의 센서는 휴대할 수 있을 만큼 작고 실용적일 만큼 저렴하다.

앞으로 그는 이 기술을 활용해 다양한 종류의 약물을 감지할 수 있는 센서 어레이를 개발할 것으로 기대하고 있다.

이 연구는 Small 저널에 실렸다.

출처: 피츠버그 대학교