رمز خود را فراموش کرده اید ؟

تشخیص استفاده از مواد مخدر بوسیله‌ی آنالیز بزاق

  توصیف کاربرد  

·         کلید‌واژه‌ها: رامان، مخدر، روان گردان، بزاق، حشیش

·         تکنیک مورد استفاده:

o        طیف‌سنجی رامان ارتقا یافته سطحی (SERS)

o         طیف‌سنجی رامان پرتابل

·         حوزه کاربردی:  

o        سیستم حقوقی

o        پلیس بزرگراه ها و جاده ها

o        بخش اورژانس بیمارستان ها

شرح کاربرد

ارزیابی‌های ملی در ایالت متحده آمریکا در سال ۲۰۰۷ نشان می‌دهد که میزان استفاده از مواد مخدر در میان رانندگان شب های آخر هفته بیش از ۷ برابر سطوح غیر مجاز الکلی‌ها است. یکی از نگرانی-های روز افزون در این است که بسیاری از مصرف  کنندگان، ترکیبی از مواد مخدر و الکل را استفاده می کنند و اینگونه اثرات مخرب آن ها را تقویت می کنند. مخدرهای تجویزی و به دنبال آن ها، ماری جوانا و سپس کوکائین در ابعاد کوچکتر شایع ترین مخدرهایی بوده‌اند، که در میان رانندگان درگیر در تصادفات مرگبار یافت شده‌اند.

سابقاً متاسفانه هیچ روش قابل اطمینانی برای آزمودن سریع مصرف مواد مخدر در افراد وجود نداشته است. در حقیقت برخی کشورها برای ارزیابی مظنون، به منظور ترتیب دادن آزمایشات مواد مخدر نیازمند یک پزشک یا متخصص دیگر بودند و چنانچه به اندازه چند ساعت یا بیشتر زمان داشتند می توانستند برای پردازش نمونه، شناسایی و اندازه گیری از تکنیک GC-MS (کروماتوگرافی گازی-طیف سنجی جرمی) استفاده کنند که فرآیندی  زمان بر، پر زحمت و موجب محدودیت بود. از سوی دیگر، نیاز به آزمایش سریع مواد مخدر در بیمارستان ها نیز همواره مطرح بوده است. به عنوان مثال، از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۹، تعداد مراجعین مرتبط با مواد مخدر به اتاق های اورژانس در ایالات متحده آمریکا تقریباً دو برابر شده است. که این تعداد به طور مساوی بین مواد مخدر غیر قانونی و دارویی تقسیم شده‌ بودند. برخی از این مراجعه‌ها، مسمومیت های دارویی ناخواسته توسط افراد مسن تر بود که یک داروی تجویزی را بیشتر یا کمتر از مقادیر توصیه شده و به میزان اشتباه مصرف کرده بودند. صرف نظر از علت، مسمومیت دارویی و مصرف بیش از حد می توانست علائمی را نشان دهد که سبب تشخیص اشتباه شود. در ضمن، آزمایش های استاندارد برای سوء مصرف دارویی، تشخیص و انجام مراقبت های پزشکی مناسب را به تاخیر می انداخت. بنابراین، یک سیستم غیر مخرب و قابل حمل که در کنار جاده ها و در کنار بستر بیماران قادر به ارائه نتایج دقیق و کمی برای مسمومیت با مواد مخدر و داروها باشد می توانست کار مسئولین را برای جلوگیری از مصرف مواد مخدر در حین رانندگی تسهیل کرده و به طور قابل توجهی وضعیت بیماران در اتاق های اورژانس را بهبود دهد. در حال حاضر یک تکنیک طیف سنجی مشابه به طور گسترده توسط نیروهای انتظامی برای شناسایی مواد مخدر در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد.  

طیف سنجی رامان برای شناسایی مواد مخدر

 

رامان، گام بعدی در تشخیص می باشد 

طیف سنجی رامان برای شناسایی مواد ناشناخته ای که مشکوک به مواد مخدر هستند به یک تکنیک کاملاً شناخته شده تبدیل شده است. طیف سنجی رامان بر پراکندگی نور لیزر توسط مولکول ها متکی است تا اثر انگشت طیفی منحصربه فردی را ارائه دهد که امکان شناسایی مواد شیمیایی را فراهم می سازد. این کار بر مبنای تطبیق طیف ناشناخته با یک کتابخانه از ترکیبات شناخته شده است و می‌تواند از طریق گسترش کتابخانه انواع مواد مخدر جدیدی که وارد بازار شده اند را به سرعت تطبیق و تشخیص دهد. 

طیف‌سنجی رامان ارتقایافته سطحی (SERS)، یک تکنیک در طیف سنجی رامان است که در آن نانوذرات طلا یا نقره سیگنال‌های رامان ضعیف را تقویت می کنند. این روش از طریق یک مکانیزم الکترومغناطیسی کار می کند که مولکول ها نزدیک به ذرات طلا یا نقره قرار می‌گیرند. هنگامی که نور لیزر ورودی، به سطح نانوذرات برخورد می¬کند پلاسمون سطحی محلی می تواند تهییج شود و تا حد زیادی سیگنال‌های رامان را افزایش ¬دهد. ضریب افزایش می تواند تا ۱۰11 برابر باشد که SERS را برای تشخیص مواد با  اندازه‌های ناچیز نیز مناسب می کند. علاوه بر افزایش شدت پراکندگی رامان، سطوح فلزی در تکنیک SERS توانایی خنثی کردن فلورسانس داخلی را نیز دارند و داده‌هایی با کیفیت  بسیار بالاتر تولید می کنند که آنالیز طیفی را بهبود می دهد. بسترهای SERS  به طور تجاری برای کاربردهای امنیت ملی و قانونی توسعه یافته اند. آن ها پتانسیل ارائه طیف های اثر انگشت شیمیایی در سطوح مولکولی را دارند، که توانایی تشخیص گونه های بسیار متفاوت را در یک اندازه گیری سریع دارد. مزیت دیگر آن ها نیاز به مقادیر بسیار کم از آنالیت (به کوچکی 1/0میلی لیتر) است. 

ساختار SERS جهت آنالیز مواد مخدر 

با توجه به اینکه مواد مخدر تقریباً به همان غلظت هایی که در خون هستند در بزاق نیز وجود دارند، آزمایش برای مسمومیت مواد مخدر تا حدودی ساده شده است. بزاق به راحتی از افراد گرفته شده و به سادگی روی یک بستر اعمال می شود. محققان این روش را به منظور نشان دادن اثربخشی SERS برای آزمایش بزاق و تشخیص مواد مخدر استفاده کرده اند، اما روش آن ها نیاز به یک فرآیند دو مرحله‌ای همراه با یک مرحله استخراج فاز جامد برای جداسازی غلظت مواد مخدر از بزاق دارد. دومین مانع فنی که باید برداشته شود هزینه هر تست است. بسیاری از کیت‌های SERS تجاری با کیفیت خوب، هزینه¬ای تا حدود ۶۰ دلار آمریکا به ازای هر اندازه گیری دارند و قابل استفاده مجدد نیستند. در پاسخ به این شکاف صنعتی، اخیراً یک بستر SERS جایگزین با هزینه پایین و کارایی بالا را از طریق یک فرایند نوآورانه با استفاده از نانوذرات طلا یا نقره بر روی بسترهای فیبرشیشه¬ای یا ورقه لایه نشانی کرده‌اند. این تکنیک بستری کم هزینه را ایجاد می کند و می تواند در حجم های زیاد تولید شود و حتی می تواند برای رسیدن به اتصال بهتر یک آنالیت هدف، به سطح نانو ذره به منظور افزایش اثر SERS بهینه شود. حساسیت و انتخاب پذیری بالا، این تکنولوژی را برای SERS با هزینه کارآمد جهت کاربردهای مصرفی مانند آزمایش‌ مواد مخدر  مناسب می سازد.

در مقایسه با بسترهای SERS دیگر در بازار، این بسترها حساسیت بیشتری را  برای  طیف گسترده ای از غلظتهای پایین (BPE، (trans-1,2-bis (4-pyridyl) ethylene) یک مولکول رایج استفاده شده برای ارزیابی عملکرد SERS) نشان می دهند. علاوه بر این، استفاده از این بسترهای SERS برای آماده سازی و اندازه گیری نمونه بسیار ساده تر و قوی تر بوده و تنها چند ثانیه طول می کشد

ترکیب BPE بر روی بسترهای SERS در غلظت های مختلف، لیزر nm 785، بسترهای SERS برای BPE حد تشخیصLOD) 10-9) دارند.

تشخیص کوکائین
 به منظور آزمودن توانایی بسترهای SERS برای تشخیص مواد مخدر در بزاق، اندازه گیری هایی با  پرتینو رامان انجام شد. پرتینو رامان یک سیستم طیف سنجی رامان قابل حمل، دقیق و یکپارچه است که حاوی یک لیزر، اسپکترومتر و مجموعه‌ای اپتیکی همراه با یک ریز پردازنده برای تطابق همزمان با کتابخانه است. این واحد قابل حمل قوی حاوی تعدادی از ویژگی های منحصربه فرد از جمله یک گزینه اسکن لیزری و دو باتری استاندارد AA می باشد. فرمت کلی این دستگاه در ترکیب با بسترهای SERS کم هزینه، برای اندازه گیری مواد مخدر موجود در بزاق کنار جاده ها یک راه حل کاربردی است. به این منظور، نمونه هایی از کوکائین در  بزاق مصنوعی در غلظت های مختلف تهیه شدند. سپس نمونه ها با پرتینو رامان تست شد، به طوری که بستر SERS در نقطه کانونی  لنز جمع آوری از نمونه باشد، مورد آزمایش قرار گرفتند. تکرارپذیری اندازه گیری ها و میانگین اندازه گیری ها در یک منطقه کوچک از بستر SERS تست شد. 
طیف رامان کوکائین خالص توسط پیک¬هایی در ۸۷۲، ۹۹۹، ۱۰۲۶، ۱۲۷۳ و cm-1 ۱۵۹۷ شناخته می شود، پیک هایی که در هنگام کار با حالت SERS بسته به میزان تعامل با سطح طلا یا نقره و میدان پلاسمون در هر طول موج می توانند کمی تغییر مکان دهند.

طیف های رامان SERS از نمونه های کوکائین در بزاق در غلظت های مختلف

 

طیف های رامان SERS از نمونه های کوکائین در بزاق در غلظت های مختلف


 پیک متقارن cm-1 ۹۹۹ بیشترین افزایش را دارد و شدت آن با  غلظت افزایش می یابد


 پیک متقارن cm-1 ۹۹۹ بیشترین افزایش را دارد و شدت آن با  غلظت افزایش می یابد

برای تایید اینکه سیگنال در واقع از کوکائین و نه از بزاق مصنوعی است دو مورد از کمترین غلظت ها در مقایسه با یک نمونه بزاق مصنوعی خالی اندازه گیری شدند همان طور که در منطقه مشخص شده دیده می شود پیک رامان در cm-1 ۹۹۹ حتی در غلظت های g/L 0039/0مشخص است. 

طیف های رامان SERS برای دو مورد از کمترین غلظت های کوکائین در بزاق در مقایسه با نمونه ای از بزاق بدون کوکائین.

شناسایی حشیش با تکنیک SERS 
 
سیستم SERS  مشابهی با غلظت های مختلف از تتراهیدروکانابینول (ماده شیمیایی که پایه اکثر اثرات روان گردانی ماری‌جوانا است) آزمایش شد. عمدتاً به دلیل سطح بالای فلورسانس نمونه های تغلیظ شده، اطلاعات رامان بسیار کمی در نوشته جات علمی برای تتراهیدروکانابینول در دسترس است. با این حال هنگامی که با بسترهای SERS ذکر شده در مقادیر کم اندازه گیری شد، چندین پیک مشخص مشاهده شدند و به نظر می رسد که اثرات فلورسانس به طور موثری کاهش یافته است. 

 

محلول های تتراهیدروکانابینول در اتانول در غلظت های مختلف. پایین ترین مورد یک طیف رامان زمینه از بستر SERS تنها (بدون آنالیت) است.

 

پیک­های رامان در ۷۱۰،  ۹۹۹، ۱۱۳۰، ۱۲۳۲، ۱۳۵۲و  cm-1 ۱۳۹۰ مشاهده شدند و با کاهش غلظت تتراهیدروکانابینول ارتفاع کاهش پیدا کرده است. کمترین غلظت تتراهیدروکانابینول اندازهگیری­ شده M 10-4 × 6 (معادل mg/L 180 تتراهیدروکانابینول) بود، اگرچه ممکن است حتی در غلظت های پایین تر هم شناسایی انجام شود.

 

روش SERS نویدبخش بزرگی برای آینده 

نتایج نشان داد که کوکائین و تتراهیدروکانابینول با استفاده از بسترهای SERS اشاره شده و سیستم  رامان پرتابل، پیک های SERS بسیار مشخصی نشان می دهند. در هر دو مورد رابطه شدت پیک-های اصلی رامان با غلظت، حتی تا غلظت های بسیار پایین به خوبی تعریف شده است.  

در نتیجه ترکیبی از کارایی رامان پرتابل مدل پرتینو و حساسیت بسترهای SERS کم هزینه، آینده ای بسیار امیدوار کننده برای استفاده در سیستم‌های حقوقی و بیمارستان ها نشان می دهد. 

 

منابع:

1 R. Compton and A. Berning, ‘‘Results of the 2007 National Roadside Survey of Alcohol and Drug Use by Drivers,’’ National Highway Traffic Safety Administration’s National Center for Statistics and Analysis, Report Number DOT HS 811 175 (2009).

Highlights of the 2009 Drug Abuse Warning Network (DAWN) findings on drug-related emergency department visits; The DAWN Report; Center for Behavioral Health Statistics and Quality, Substance Abuse and Mental Health Services Administration: Rockville, MD, USA, 28 December 2010; Available online http://dawninfo.samhsa.gov. (accessed on 26 April 2011).

3 Farquharson, Stuart, et al. “Rapid detection and identification of overdose drugs in Saliva by surface-enhanced Raman scattering using fused gold colloids.” Pharmaceutics 3.3 (2011): 425-439.

 

بالا