Twee jaar geleden, Cambridge politie-detective Sgt. Louis Cherubino kreeg een telefoontje van een naalduitwisselingsprogramma op Central Square.

"Misschien hebben we een geval van carfentanil, ' zei de beller.

Carfentanil, het krachtigste type van de toch al krachtige opioïde fentanyl, wordt geschat op 10, 000 keer sterker dan morfine. Gebruikt om grote dieren zoals olifanten te verdoven, slechts een paar kristallen kunnen bij een mens een overdosis veroorzaken.

Cherubino, de toezichthouder van de Bijzondere Onderzoekseenheid van de CPD, was bezorgd. Als carfentanil op straat werd verkocht, hij wilde zo snel mogelijk een gemeenschapswaarschuwing geven:iemand die een medicijn koopt dat wordt gefactureerd als heroïne of fentanyl maar is doorspekt met carfentanil, kan een overdosis krijgen met veel minder dan hun gebruikelijke dosis. Hij verzamelde het monster en belde het staatslaboratorium om een ​​spoedanalyse van het medicijn aan te vragen. Maar het lab kon niet helpen.

Forensische laboratoria, vaak overspoeld met verzoeken en onderbemand, prioriteit te geven aan bewijsmateriaal dat nodig is om zaken te vervolgen. En hoewel Cherubino's afdeling verschillende hulpmiddelen voor drugsidentificatie in huis heeft, sommige geven valse positieven of, meer zorgwekkend, valse negatieven:ze geven aan dat er geen medicijn is waar dat absoluut is. Zonder betrouwbare test hij kon de gemeenschap niet waarschuwen.

Dat is waar Christoffer Abrahamsson, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van George Whitesides, kwam binnen. Te popelen om onderzoek af te stemmen voor onmiddellijke toepassing, hij zag een nieuwe rol voor een chemisch analyse-instrument dat in zijn laboratorium was ontworpen:identificatie van geneesmiddelen. In een artikel gepubliceerd in Angewandte Chemie, hij en een onderzoeksteam onder leiding van George Whitesides, de Woodward L. en Ann A. Flowers universiteitshoogleraar, en laboratoriumleden Amit Nagarkar, Michael Fink, Daniël Preston, en Shencheng Ge, met Joseph Bozenko van de Drug Enforcement Administration, beschrijven hoe hun technologie voor dichtheidsscheiding wetshandhavers en forensisch chemici zou kunnen helpen in hun strijd om de opioïde-epidemie te beteugelen.

Magneto-Archimedes-levitatie genoemd, of MagLev, de tool scheidt poedervormige stoffen in zwevende wolken van kristallen op basis van hun dichtheid. Goedkoop, makkelijk te gebruiken, en nauwkeuriger en gevoeliger dan alle momenteel beschikbare veldtesttechnologie voor geneesmiddelen, de tool kan valse positieven en negatieven aanzienlijk verminderen, en nog kleinere hoeveelheden verdunde stoffen detecteren, zoals het krachtige fentanyl, of mogelijk carfentanil - gemaskeerd in andere poeders.

Zoals Cherubino, Abrahamsson belde het staatslab:"Ja. We zijn erg geïnteresseerd."

Maar, met beperkte tijd en middelen, de lokale forensische chemici drongen er bij Abrahamsson op aan om contact op te nemen met het nationale laboratorium van de Drug Enforcement Administration. Alweer, hij kreeg onmiddellijk rente. Maar deze keer, hij heeft een compagnon. In oktober 2018, Abrahamsson reisde naar Virginia om Bozenko te ontmoeten, een senior onderzoekschemicus bij het speciale test- en onderzoekslaboratorium van de DEA, om te zien hoe MagLev omging met echte monsters van illegale drugs.

"Het is niet elke dag dat je op vakantie gaat om drugs te gaan bekijken, " zei Bozenko, die draagbare, chemische detectoren en nieuwe scheidingstechnieken in zijn laboratorium. Hoewel hij net als zijn vader de politie in wilde gaan, Joe sr., Bozenko stapte tijdens zijn studie over op forensische chemie. Nutsvoorzieningen, hij begrijpt de gevaren van veldwerk en welke hulpmiddelen DEA-agenten kunnen helpen hun werk beter en veiliger uit te voeren. "Hoezeer mijn onderzoek ook in een laboratorium is gebaseerd, een groot deel van mijn focus is gebaseerd op het ondersteunen van degenen die daar zijn bij verkeersstops, degenen die rechtshandhavingsonderzoeken uitvoeren, " hij zei.

Bozenko ontving Abrahamsson drie dagen lang. Samen, de twee chemici gaven MagLev zijn eerste illegale poeders:"We zijn begonnen met fentanyl. Dat was ons belangrijkste doelwit, want het is op dit moment een van de grootste problemen, en het werkte gewoon direct, direct zweven, "Zei Abrahamsson. "Het was bijna te mooi om waar te zijn."

MagLev staat zo hoog als een thermoskan. Twee magneten rusten als kleine stenen boven en onder een cuvet, een duidelijke, container met rechte zijkanten. Binnenkant, een barnsteen, benzine-achtige oplossing bevat iets dat een gadoliniumchelaatcomplex wordt genoemd - een verbinding die als een klauw rond een zwak magnetisch gadolinium-ion is gewikkeld. Introduceer een vreemde stof en die verbinding, aangetrokken door de magnetische velden boven en onder, klautert om bij de magneten te komen, alles op zijn weg opzij duwen:glas, plastic, of heroïne.

"Als de vloeistof zo dicht mogelijk bij de magneten wil zijn, " zei Fink, een postdoctoraal wetenschapper in het Whitesides-lab en een auteur op het papier, "dan moeten de andere dingen uit de weg." Dit op en neer gaande gedrang, gecombineerd met zwaartekracht, dwingt elke stof om te zweven op een hoogte die overeenkomt met zijn dichtheid. Als een stof dezelfde dichtheid heeft als de oplossing, bijvoorbeeld, het zal precies in het midden tussen de magneten hangen.

Soortgelijke verbindingen bestaan ​​al, maar geen enkele kan stoffen met zulke grote dichtheidsbereiken scheiden. De truc is er een die oplost met hogere concentraties gadolinium, het magnetische element. Meer gadolinium verdringt de oplossing, meer kracht uitoefent terwijl het naar de polen raast, en nog kleinere kristallen in nog dichtere wolken duwen.

Zoals suiker, de meeste medicijndeeltjes lossen op in water. Dus, het team had een hydrofoob chelaat nodig, ook - een die zou kunnen zweven en de poeders niet zou oplossen. Er bestaan ​​andere hydrofobe chelaten, maar de oplossingen eindigen meer honing dan benzine. "Probeer een glas honing te schudden en kijk dan hoe de luchtbellen opstijgen, " zei Fink. "Soms blijven ze gewoon zitten." Om fentanyl te isoleren, een poeder zo fijn als banketbakkerssuiker, ze moesten een minder viskeuze oplossing ontwerpen.

"Ik zou niet zeggen dat het een verbetering is omdat we niets hadden om mee te beginnen, "Zei Bozenko. "Dit is nieuw in het feit dat het een heel ander hulpmiddel is om mee te werken." Geen enkele andere technologie voor veldtesten scheidt verbindingen in nette wolken, geïsoleerd voor eenvoudige analyse. Huidige opties zoals immunoassays (gebruikt in sommige zwangerschapstests) en colorimetrische tests die groen worden, blauw of geel als reactie op bepaalde chemicaliën, zijn relatief snel en ongecompliceerd. Maar als ze meer dan één chemische stof oppikken, de kleuren mengen, met een troebel en onduidelijk bruin.

Tot dusver, MagLev has demonstrated separation of up to seven different substances at a time. But that max is based on the highest number the team has tested—they're confident their tool can handle far more. For forensic chemists and law enforcement, that ability is precious:Street drugs are often mixtures of multiple drugs—heroin, fentanyl, cocaine, methamphetamines—combined with cutting agents like caffeine, suiker, baking soda, powdered milk, lidocaïne, or even rat poison.

Ingredient isolation is especially valuable when a new drug pops up. Carfentanil, bijvoorbeeld, is just fentanyl with a few chemical adjustments. A few more adjustments and a new—potentially even more dangerous—version could appear on the street. in 2018, the DEA discovered 22 previously unidentified substances; six of those were new types of fentanyl.

Bozenko said when new drugs come in, backlogs mount. Even in a forensic laboratory outfitted with the best chemical analysis tools, isolating an unidentified powder in a compound takes time. MagLev separates most compounds in just five to 25 minutes. Forensic chemists can then extract each purified cloud with a syringe and use technology as large and expensive as some cars—like nuclear magnetic resonance spectrometers or high-resolution mass spectrometry—to confirm their identities. Nog altijd, most local labs can't afford these machines, so the MagLev, which could cost just $30 to $200, depending on the size of the magnets, could be a valuable addition to an analytical arsenal:New versions of fentanyl, bijvoorbeeld, would hover in the same general area, betraying a shared chemical foundation. Even without more intense analysis, labs can take important precautions when handling a possible fentanyl analog, which can pose a significant—even lethal—threat to bystanders if handled improperly.

"[MagLev] could enable us to identify novel drugs in a faster time period, which does serve the public, " Bozenko said. Unidentified substances are, per definitie, not illegal. Someone caught dealing an unknown chemical—even one responsible for lethal overdoses—cannot be prosecuted until a forensic chemist determines the powder's chemical structure. MagLev's quick and accurate results could speed the process from seizure to identification, regulation, and prosecution in the United States. In third-world countries where more expensive tools are out of the question, the cheap, power-independent technology could offer a reliable if not their only way to perform forensic chemical analysis.

Abrahamsson and Bozenko have plans to improve their technology, te. With a few tweaks, an officer could operate a smaller version in the field, mixing a powder into the solution, placing the cuvette between the magnets, and waiting for the separation to occur. Eventueel, Bozenko hopes to pair MagLev with a spectrophotometric—or laser-based—tool to confirm the presumptive result on scene.

Last spring, a MagLev could have given Cherubino enough evidence to warn his community faster. Maar eerst, the Whitesides lab and the DEA still need collect more data to get MagLev certified for forensic analysis.

"We are looking for funding and partners to support our research and efforts to bring the benefits of MagLev to the analysis of drugs on the streets, " Abrahamsson said. "We intend to eventually make MagLev an off-the-shelf product available to our law enforcement officers.

He added:"The biggest reward for the research would be to see it used to save lives."