纳米管、纳米颗粒和抗体检测到极小量芬太尼

匹兹堡大学的一个研究团队，由艺术与科学肯尼斯P迪特里克学院的化学教授亚历山大·斯塔领导，已经开发出一种芬太尼传感器，比过去五年报道的任何电化学传感器对这种药物的灵敏度高出了六个数量级。这种便携式传感器还可以区分芬太尼和其他阿片类药物。

他们的工作发表在《Small》杂志上。

斯塔表示，芬太尼是一种合成阿片类药物，是美国过量死亡的主要原因之一。它经常与其他药物混合在一起，但由于其毒性，往往以极小的剂量存在，因此很难检测到。

斯塔的传感器利用碳纳米管和金纳米颗粒来区分芬太尼和其他阿片类药物。然而，其突破性灵敏度的关键是芬太尼抗体的加入。斯塔说：“我们在使用自然的发明，就是这么说的。这就是我们能达到这种超低水平检测的原因。”

该传感器是斯塔研究小组在2020年开发的COVID-19传感器的改进版本。COVID传感器本身是斯塔在2019年开发的一种THC呼吸测试的改编版本——类似于酒精呼气测试仪，但用于大麻。

每个传感器的核心部分都是连接着碳纳米管的芯片。每根管子都像是一根微小的导电电线，比人类头发还小100,000倍，并且极好地传导电流。金纳米颗粒附着在纳米管上，每个颗粒高约43纳米。

在实践中，与纳米颗粒结合的芬太尼分子会触发通过纳米管的电流。不同的物质会产生不同的电流；利用机器学习，传感器可以识别芬太尼分子。当试图确定另一种药物是否被芬太尼污染时，它在区分芬太尼和其他阿片类药物方面的成功率为91%，这是非常有帮助的。

为了达到前所未有的灵敏度，斯塔及其团队从COVID传感器中得到了启示，并将芬太尼抗体纳入其中，将它们附着在纳米颗粒上。芬太尼分子会紧密地与它们遇到的任何抗体结合，改变从抗体流向纳米管的电流，表明了药物的存在。

结果是一种比过去五年报道的任何电化学芬太尼传感器更为灵敏的传感器。斯塔的传感器在飞托摩尔尺度上检测到了芬太尼。这是每升10-15摩尔。下一个最接近的传感器可以在纳摩尔尺度上检测到，即每升10-9摩尔。

“大自然发展了这些选择性受体，”斯塔说。“我们将它们适应到了我们的平台上，碳纳米管上。”

除了其灵敏度，斯塔传感器的另一个好处是它的便携性。如今要检测到如此小量的芬太尼需要质谱仪——这并不是一种特别便携的技术。斯塔的传感器足够小，可以手持，并且价格便宜到足以实用。

未来，他预计将使用这种技术开发一个可以检测多种药物的传感器阵列。

这项研究得到了国防部化学和生物防御计划通过国防威胁减少局的支持。