Wat als een enkele muzieknoot het verschil zou kunnen betekenen tussen leven en dood?

Een nieuwe sensor gebaseerd op een 3, 000 jaar oud Afrikaans muziekinstrument kan worden gebruikt om stoffen te identificeren, waaronder een giftige chemische stof die soms per ongeluk aan medicijnen wordt toegevoegd. De mbira-sensor, die kan worden gemaakt van kant-en-klare of afgedankte materialen, zou apothekers en consumenten in ontwikkelingslanden een goedkope bescherming kunnen bieden tegen namaak en vervalste medicijnen.

De Wereldgezondheidsorganisatie schat dat 10 procent van alle medicijnen in lage- en middeninkomenslanden namaak is. Bestaande technologieën om namaakgeneesmiddelen te identificeren zijn duur en vereisen deskundige technici, geen van beide zijn gemakkelijk verkrijgbaar in een groot deel van de ontwikkelingslanden.

Het apparaat, gebouwd door een ingenieur aan de Universiteit van Californië, Rivieroever, en beschreven in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in ACS Omega , kan de dichtheid van elke vloeistof nauwkeurig meten. Door de dichtheid van een verdacht vloeibaar geneesmiddel te vergelijken met de dichtheid van het bekende product, kan blijken of de twee geneesmiddelen dezelfde ingrediënten bevatten.

Het onderzoek is geïnspireerd op de observatie dat de frequenties van geluid die door een muziekinstrument worden gecreëerd, worden bepaald door de fysieke eigenschappen van het instrument. Bijvoorbeeld, de toonhoogte van een gitaarsnaar is een functie van de lengte en spanning van de snaar.

"Kunnen we een sample toevoegen aan een muziekinstrument, meet de resulterende verandering in de noten van het instrument, en deze wijziging gebruiken om informatie over het monster en zijn eigenschappen te bepalen?" vroeg William Grover, een assistent-professor bio-engineering aan het Marlan en Rosemary Bourns College of Engineering van UCR.

Er achter komen, Grover en zijn team hebben een mbira aangepast, of kalimba, een muziekinstrument van oorsprong uit Afrika gemaakt van gegradueerde metalen tanden die aan een klankbord zijn bevestigd. De tanden spelen verschillende muzieknoten wanneer ze met de vinger worden geplukt. Door de metalen uitsteeksels te vervangen door een stuk gebogen metalen buis en deze te injecteren met een vloeistof, Grover vergeleek de frequentie van de muzieknoten gemaakt door de gevulde en lege buis om de dichtheid van de vloeistof te meten. Leeg, de buis speelde een scherpe G-noot; wanneer gevuld met water, het speelde een fis.

Met sloophout en buizen vond hij in zijn garage, Grover heeft vanaf het begin een nieuw apparaat gebouwd. Experimenten bepaalden dat de optimale mbira-sensorbuis dunne wanden had en een lengte van niet minder dan 50 millimeter. Zijn studenten gebruikten het apparaat om de dichtheid van alles te meten, van lokaal rivierwater tot buffelmelk in India, maar al snel besloten ze gevaarlijke medicijnen te detecteren als de ideale eerste toepassing voor hun sensor.

Een versnijdingsmiddel dat soms wordt aangetroffen in vervalste medicijnen tegen verkoudheid, is diethyleenglycol, een gif dat eruitziet, smaken, en ruikt naar glycerol, een siroop die de actieve ingrediënten bevat in veel medicijnen tegen verkoudheid en griep. Sinds 1985, een dodelijke massavergiftiging veroorzaakt door een geneesmiddel dat diethyleenglycol bevat, heeft zich gemiddeld om de twee jaar ergens in de wereld voorgedaan, met een gecombineerd dodental in de honderden. Een goedkope sensor die door zowel experts als consumenten kan worden gebruikt, zou levens redden.

De onderzoekers bevestigden eerst dat hun mbira-sensor het verschil kon zien tussen onschadelijke glycerol en dodelijke diethyleenglycol. Na het vullen van de sensor met elke substantie, zijn muzieknoten opnemen met een smartphone, en het uploaden van de opnames naar een analysewebsite die ze hebben gemaakt (mbira.groverlab.org), ze ontdekten dat glycerol en diethyleenglycol aantekeningen maken waarvan de frequenties 10 hertz verschillen.

Dit is een te klein verschil om op het gehoor op te merken, maar het is gemakkelijk te detecteren door de software van de website. Het laat zien dat iemand die de mbira-sensor en een smartphone gebruikt, deze twee stoffen gemakkelijk kan onderscheiden.

De onderzoekers testten vervolgens zes verschillende batches van een populair verkoudheids- en griepmedicijn dat was gekocht bij verschillende apotheken in het Riverside-gebied. Alle samples maakten dezelfde muzieknoot wanneer ze in de sensor werden geladen. Dit suggereert dat de medicijnmonsters identiek en authentiek waren, en dat elk monster van het medicijn dat een andere muzieknoot maakt, chemisch moet verschillen van het authentieke medicijn en dat het namaak of vervalsing kan zijn.

De sensor kan farmaceutische bedrijven of bereidingsapotheken in ontwikkelingslanden helpen bij het verifiëren van flessen glycerol die mogelijk verkeerd zijn geëtiketteerd, onbedoeld of niet, door de fabrikant of distributeur. Het kan consumenten ook helpen om namaakgeneesmiddelen op te sporen door de dichtheid van een verdacht monster te vergelijken met een bekend goed monster van hetzelfde geneesmiddel.

Het meten van dichtheid als een muzieknoot biedt ook de verrassende mogelijkheid om de frequentie te schrijven met behulp van muzieknotatie die gemakkelijk kan worden geïnterpreteerd door iedereen die muziek kan lezen, met weinig tot geen wetenschappelijke opleiding. Om deze reden, de auteurs hebben muzieknotatieversies van de dichtheidsmetingen in het papier opgenomen.