Sensori al grafene per rilevare la presenza di morfina nelle urine

Un team di ricercatori Cnr, Unimore e Chalmers University ha testato elettrodi con ossido di grafene per la rilevazione della morfina, ottenendo prestazioni superiori a quelle riportate in letteratura per dispositivi simili. Il dispositivo potrebbe essere proposto per test di screening in campioni di urina.

Nuovi sensori a base di grafene potranno essere utilizzati dalla polizia per individuare l’abuso di oppioidi usando campioni di urina di soggetti sospettati. Un team di ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Università di Modena e Chalmers University Gli scienziati nell’ambito del progetto europeo Graphene Flagship hanno creato un nuovo sensore qualitativo a base di grafene per rilevare la morfina.

La morfina è il metabolita principale dell’eroina. Il nuovo sensore permette di eseguire un ‘primo test’ a rapida azione che da un responso positivo se la concentrazione di morfina nelle urine eccede un determinato limite. Il sensore potrà essere usato dalle forze di polizia durante indagini e posti di blocco sulle strade in modo analogo a come si utilizza l’analizzatore di alito per testare i livelli di alcool in sospetti guidatori ubriachi. A capo dello studio Chiara Zanardi dell’Università di Modena e di ISOF-Cnr che commenta così il lavoro: “Il mio obiettivo è provare a usare questo sensore sulle strade o nei luoghi di lavoro. Sarebbe indicato al solo fine di sapere se si è “a posto” o se si ha droga in circolo. Non c’è alcuna misura quantitativa della morfina”.

Secondo il regolamento Europeo, i sensori per un test antidroga sulla morfina dovrebbero dare un risultato positivo se i suoi livelli sono superiori a 200 parti per miliardo (o 0.2 milligrammi per litro) nell’urina. Il nuovo dispositivo sviluppato dai ricercatori produce un segnale quando la concentrazione di morfina nelle urine supera questo limite. Dopo aver effettuato il test, soggetti sospettati di avere livelli di morfina oltre il limite potranno essere indagati ulteriormente o trattenuti dalla polizia.

Il dispositivo è composto da elettrodi serigrafati ricoperti con ossido di grafene (OG), prodotti per via elettrochimica nei laboratori del Cnr. L’ossido di grafene agisce come una piattaforma elettrocatalitica che attrae le molecole di morfina e le ossida quando vi entra in contatto. Un flusso di elettroni è rilasciato ogni volta che una molecola di morfina è ossidata, producendo un segnale che viene rivelato e mostrato dal dispositivo.

Gli elettrodi di ossido di grafene sono stati prima testati in campioni di urina sintetica e poi su urina di adulto dopata con morfina. Il sensore ha rivelato con successo la morfina in tutti i campioni testati. “Siamo riusciti ad avere segnale della presenza di morfina nell’urina anche se essa era presente in concentrazioni molto basse”, afferma Zanardi. Di questo effetto è responsabile il grafene. “Confrontando elettrodi a base di altri materiali ho osservato che il grafene ha prestazioni significativamente migliori nel rilevare la presenza di morfina ai limiti di rivelazione richiesti rispetto a qualsiasi altro materiale finora citato in studi precedenti”. Il prossimo passo sarà applicare il sensore a campioni di urina pre-testati forniti da persone che fanno uso regolare di sostanze stupefacenti. Se l’esperimento avrà successo, l’obiettivo sarà di sviluppare un dispositivo anti-droga palmare automatizzato destinato alle forze di polizia.

Maurizio Prato, a capo delle attività su “Salute e Ambiente” per la Graphene Flagship ha commentato così la notizia: “Questo nuovo sensore potrebbe essere un’applicazione eccellente di materiali a base di grafene. L’ossido di grafene esfoliato elettrochimicamente ha proprietà uniche, in particolare è in grado di trasferire elettroni, una caratteristica che altri tipi di ossido di grafene non hanno. Inoltre l’ossigenazione dell’ossido di grafene esfoliato attrae la morfina in modo efficiente. La combinazione di queste caratteristiche rende questo materiale ideale per un sensore per la morfina altamente sensibile”.

Articolo scientifico

‘Highly sensitive amperometric sensor for morphine detection based on electrochemically exfoliated graphene oxide. Application in screening tests of urine samples.’ Sensors & Actuators B2019281, 739-745. Giulio Maccaferri, Fabio Terzi, Zhenyuan Xia, Fabio Vulcano, Andrea Liscio, Vincenzo Palermo and Chiara Zanardia. DOI: 10.1016/j.snb.201810163.

Testo prodotto in collaborazione con il Master in Giornalismo e comunicazione istituzionale della scienza dell’Università di Ferrara

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