برای تعیین میزان مواد مخدر موجود در فاضلاب شهری، محققان حسگر ویژه‌ای ساختند که تحمل شرایط خشن فاضلاب را داشته و در عین حال می‌تواند این ترکیبات را با دقت بالا شناسایی کند.
به تازگی مقاله‌ای با عنوان Rapid, Multianalyte Detection of Opioid Metabolites in Wastewater در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است که در آن محققان کالج بوستون جزئیات مربوط به توسعه فناوری حسگری مواد افیونی در فاضلاب را تشریح کرده‌اند. این دستگاه جدید اولین وسیله‌ای است که از ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر گرافن برای شناسایی چهار ماده مخدر مصنوعی و طبیعی به طور همزمان استفاده می‌کند و در عین حال از آنها در برابر عناصر خشن فاضلاب محافظت می‌کند. هنگامی که یک متابولیت اپیوئیدی خاص به یک کاوشگر مولکولی روی گرافن متصل می‌شود، بار الکتریکی گرافن را تغییر می‌دهد. این سیگنال‌ها به راحتی برای هر کاوشگر متصل به دستگاه به صورت الکترونیکی خوانده می‌شوند.
کنت برچ، استاد فیزیک کالج بوستون، نویسنده اصلی این گزارش گفت: «این حسگر جدیدی که ما توسعه داده‌ایم قادر است به سرعت، ارزان و به راحتی مواد افیونی موجود در فاضلاب را اندازه‌گیری کند. حساسیت و قابل حمل بودن آن باعث می‌شود تا اپیدمیولوژی مبتنی بر فاضلاب را تشخیص داده و در عین حال حفظ حریم خصوصی را تضمین کند.»
برچ گفت در حالی که گرافن قبلاً برای سنجش نمونه‌های زیستی استفاده می‌شد، کار این تیم نشان می‌دهد که این ماده می‌تواند برای فاضلاب استفاده شود.
بر اساس این گزارش، علاوه بر این، این اولین نمایش استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر گرافن است، یک دستگاه الکترونیکی برای خواندن مقدار شارژ، برای شناسایی چندین هدف به طور همزمان که به سادگی قابل استفاده است.
برچ گفت که این پیشرفت با طراحی و اجرای پلت فرم حسگر مولتی پلکس الکترونیکی گرافن امکان‌پذیر شد. این پلتفرم حس کردن چهار مولکول هدف مختلف را به طور همزمان امکان پذیر می‌کند، در حالی که از آنها در برابر عناصر خشن موجود در فاضلاب محافظت می‌کند.
این تیم کاوشگرهای گرافن را با “آپتامرها”، متصل کردند، رشته‌هایی از جنس DNA که فقط به یک مولکول خاص متصل می‌شود، در این پروژه آپتامیرها به متابولیت‌های مواد افیونی مختلف در فاضلاب، متصل می‌شود. هنگامی که آپتامر به دارو متصل می‌شود، تا می‌شود و بار بیشتری را برای گرافن ایجاد می‌کند. برچ گفت که میزان بار روی گرافن برای تشخیص وجود یک متابولیت خاص اپیوئیدی سنجیده می‌شود.
برچ گفت: «این آپتامرها به دستگاه‌های گرافنی ما متصل بودند و هنگام به دام انداختن دارو، بار القایی روی گرافن به صورت الکترونیکی خوانده می‌شد. فرآیند ساخت و طراحی ما منجر به تشخیص کمتری نسبت به گزارش‌های قبلی با روش‌های دیگر شد.»
ابزارهای نمونه‌گیری قبلی با محدودیت‌هایی مواجه بودند، زیرا به ارسال نمونه‌ها و آزمایش در محیط آزمایشگاهی نیاز داشتند. این الزامات هزینه‌هایی را تحمیل می‌کند که پذیرش و استفاده گسترده را در جوامع بدون منابع کافی محدود می‌کند. برچ گفت، با غلبه بر این محدودیت‌ها، دستگاه گرافن می‌تواند نظارت تقریباً در زمان واقعی را در مکان‌های مختلف ارائه دهد.
برچ افزود: «این اولین حسگر از این دست است که می‌تواند ساده و آسانی به آن دست یابد، پلتفرم GEMS به اندازه یک سکه است.»
برچ گفت که این تیم از اینکه دستگاه چقدر در برابر محیط خشن فاضلاب مقاوم است شگفت‌زده شده است. او گفت که آزمایشگاه او در حال همکاری با آزمایشگاه‌های جینر تحت بودجه تحقیقات نوآوری کسب‌وکارهای کوچک NIDA (SBIR) است تا دستگاه‌ها را برای استفاده تجاری نهایی توسعه دهد.