Detección mejorada de fentanilo mediante espectroelectroquímica Raman

El campo de la ciencia forense evoluciona continuamente mediante la incorporación de tecnologías analíticas más nuevas y confiables. Cuando se trata de drogas ilícitas, el panorama cambia rápidamente cada año y aumenta la demanda de métodos de detección adecuados. Estos métodos de detección son objeto de muchas investigaciones en la actualidad. La identificación rápida y confiable de drogas legales e ilícitas es esencial para garantizar que se desarrollen protocolos analíticos apropiados, se recopile información útil, las investigaciones de campo sean exitosas y se realicen mejoras en la seguridad del personal de laboratorio, los profesionales de la salud y los investigadores de la escena del crimen. Este artículo de blog analiza el opioide fentanilo y cómo la investigación del Dr. Colby Ott, ganador del Premio Metrohm Young Chemist Award (MYCA) de 2022, ayuda en su identificación forense con espectroelectroquímica Raman.

Fentanilo: ¿droga milagrosa o amenaza para la salud pública?

El fentanilo es un opioide sintético que se estima que es 50 veces más potente que la heroína y 100 veces más potente que la morfina.1,2]. Debido a su potencia, el fentanilo farmacéutico se prescribe para tratar el dolor intenso, por ejemplo, en cánceres en etapa avanzada. Sin embargo, los pacientes a los que se les receta fentanilo deben ser monitoreados de cerca, ya que es un importante contribuyente a las sobredosis de drogas y muertes en los Estados Unidos y otros países.

El fentanilo ilícito se encuentra en diferentes formas, incluidos líquido y polvo. Además, comúnmente se mezcla con otras drogas ilegales (p. ej., heroína, cocaína y metanfetamina) y se elabora en píldoras que se asemejan a los opioides u otras drogas recetados. Las drogas mezcladas con fentanilo son extremadamente peligrosas y muchas personas no saben que pueden entrar en contacto con un opioide tan fuerte cuando consumen drogas ilícitas.

Sólo dos miligramos de fentanilo pueden ser letales dependiendo de factores como el tamaño corporal de una persona, su tolerancia y su uso anterior. Una cantidad tan pequeña hace que el riesgo de sobredosis sea extremadamente alto. A NOSOTROS Un análisis de la Administración de Control de Drogas (DEA) ha encontrado píldoras falsificadas que contienen hasta 5 mg de fentanilo por tableta, ¡más del doble de la dosis letal!

Crisis del fentanilo en la sociedad: los datos

En el período comprendido entre 1999 y 2022, más de 1,1 millones de personas murieron en Estados Unidos debido a una sobredosis de drogas.3]. Actualmente se estima que más de 200 personas mueren allí cada día por sobredosis relacionadas con opioides sintéticos como el fentanilo (según las cifras del período de 12 meses que finaliza en septiembre de 2023) [4]. La DEA incautó una cantidad récord de pastillas con fentanilo (79,5 millones) en 2023 junto con casi 12.000 libras (5.400 kg) de fentanilo en polvo.5]. La cantidad de fentanilo incautada en 2023 por la DEA equivalió a más de 376,7 millones de dosis letales [5]. De las pastillas incautadas por la DEA, las pruebas de laboratorio indican que el 70% contiene una dosis letal de fentanilo.5].

Aproximadamente 110.000 personas murieron en los EE. UU. por sobredosis de drogas solo en 2022 [6]. Casi 74.000 de estas muertes fueron causadas por el fentanilo y otros opioides sintéticos (Figura 1), representando casi el 70% del total (Figura 2). En comparación con la tasa de muertes por sobredosis de opioides, incluidos los opioides recetados y la heroína (figura 3), queda bastante claro lo peligroso que es el fentanilo y por qué existe una gran necesidad de una identificación rápida y precisa del fentanilo.

Desafíos para los métodos de detección de fentanilo

Las tiras reactivas de fentanilo son un método de detección de bajo costo que se utiliza para ayudar a prevenir sobredosis y reducir el daño. Consisten en pequeñas tiras de papel que pueden detectar la presencia de fentanilo en diferentes tipos de drogas (p. ej., cocaína, metanfetamina, heroína, etc.) y formas (p. ej., pastillas, polvo e inyectables).

Sin embargo, las tiras de fentanilo suelen requerir de tres a cinco minutos para dar resultados. Este retraso podría marcar la diferencia entre la vida o la muerte. Incluso si la prueba es negativa, es posible que esto no indique drogas "seguras", ya que las tiras reactivas podrían no detectar sustancias químicas más potentes similares al fentanilo. Además, las tiras reactivas son cualitativas y no cuantitativas: solo indican la presencia o ausencia de fentanilo. Por estas razones, es imperativo el desarrollo de métodos rápidos, sencillos, sensibles y selectivos para el fentanilo.

La espectroelectroquímica Raman combina las ventajas de la electroquímica y la espectroscopia Raman como una técnica alternativa interesante para determinar el fentanilo en diferentes sustancias. La activación electroquímica de estructuras metálicas permite mejorar la intensidad Raman gracias al efecto de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS). Este fenómeno mejora la sensibilidad y permite la detección de concentraciones muy bajas del analito en estudio.
 

Obtenga más información sobre las ventajas de utilizar SERS en nuestra publicación de blog relacionada.

Raman vs SERS… ¿Cuál es la diferencia?

Identificación forense de drogas de fentanilo con espectroelectroquímica.

Aprovechamos la oportunidad para entrevistar al Dr. Colby Ott y analizar por qué su enfoque de esta investigación abre nuevas puertas para futuras aplicaciones en situaciones clínicas, análisis en el punto de atención (POC) y otros tipos de análisis forense.

1. ¿Cuál es la ventaja de la espectroelectroquímica Raman sobre otros métodos tradicionales para la detección de drogas?

«La mayoría de los métodos empleados para la identificación de fármacos utilizan instrumentaciones sofisticadas como GC-MS y LC-MS/MS, que son costosas, requieren mucha capacitación y mantenimiento y consumen mucho tiempo. Además de los métodos instrumentales, son comunes los métodos de detección que utilizan pruebas químicas de color; sin embargo, son propensos a obtener resultados falsos positivos y negativos. Los métodos espectroscópicos son generalmente rápidos, de menor costo para el usuario y proporcionan información estructural e identificación. La espectroelectroquímica Raman es una técnica rápida que puede mejorar la detección de drogas en el campo y potencialmente podría llegar a entornos rurales donde el acceso a otra instrumentación es más limitado debido al tamaño o los costos.»

2. ¿Cuál es la contribución de la electroquímica a la espectroscopia Raman para la detección de fentanilo?

«La desventaja inherente a la espectroscopia Raman es que la intensidad de la señal es generalmente mucho más débil que otras técnicas espectroscópicas. Sin embargo, cuando se utiliza un experimento de espectroscopía Raman de superficie mejorada (SERS), las señales obtenidas son mucho más fuertes y se obtiene un recurso poderoso para identificar el fentanilo. Es necesario mejorar la señal en los casos de fentanilo, ya que este medicamento generalmente se encuentra como un componente menor mezclado con otros adulterantes y agentes cortantes como resultado de su potencia. Por lo tanto, la electroquímica proporciona un medio para generar un sustrato SERS aceptable de forma rápida y sencilla, proporcionando la mejora necesaria de la señal.»

3. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar electrodos serigrafiados (SPE) en comparación con los sustratos SERS?

«Los electrodos serigrafiados (SPE) son populares en muchas aplicaciones electroquímicas debido a su pequeño tamaño, reproducibilidad y facilidad de uso. Los SPE de plata proporcionan una excelente alternativa de superficie para generar electroquímicamente nanopartículas de plata in situ a partir del propio material del electrodo, lo que aumenta la facilidad de uso en el campo al tener un sustrato SERS. Además, la naturaleza desechable y la reproducibilidad de los SPE son una ventaja en entornos forenses.»

4. ¿Cómo ha contribuido un instrumento portátil y totalmente integrado (potenciostato, láser y espectrómetro en una sola caja) como SPELEC RAMAN al éxito de su investigación?

«La facilidad de uso del espectrómetro y potenciostato Raman totalmente integrados ha permitido una medición sencilla y la configuración de experimentos en una plataforma de software en lugar de intentar que diferentes software e instrumentos se comuniquen. Más importante aún, el tamaño reducido ha permitido realizar mediciones portátiles, donde hemos llevado el instrumento fuera del sitio para realizar mediciones.»

5. ¿Qué relevancia tiene para esta investigación la adquisición en tiempo real de mediciones ópticas y electroquímicas?

«A medida que las pruebas químicas de color continúan siendo examinadas por su rendimiento limitado en la detección de materiales de drogas incautadas, los nuevos métodos de detección se han convertido en un punto focal en la química forense. Muchos métodos espectroscópicos actuales son incapaces de identificar componentes en bajas concentraciones, especialmente en presencia de grandes cantidades de agentes cortantes y adulterantes. Nuestro enfoque espectroelectroquímico ha permitido la identificación de fentanilo y análogos de fentanilo en bajas concentraciones y en presencia de drogas comunes y compuestos diluyentes, proporcionando una posible solución de detección de materiales de drogas incautadas.»

6. ¿Cuál es el impacto comercial potencial de su trabajo?

«Este tipo de método podría emplearse dentro de esquemas analíticos iniciales para informar la toma de decisiones en el futuro para enfoques confirmatorios. Además, la portabilidad del instrumento y el enfoque experimental hacen que este trabajo sea susceptible de pruebas de campo y podría usarse en cruces fronterizos, puertos de entrada y escenas del crimen. Actualmente estamos trabajando en métodos que podrían ser útiles en escenarios toxicológicos, donde este método simple y asequible se usaría en comunidades rurales, pruebas de cumplimiento y detección de drogas.»

Conclusión

El fentanilo, un potente opioide sintético, plantea un riesgo importante de sobredosis. Su identificación rápida y confiable es crucial para fines de investigación y seguridad. La espectroelectroquímica Raman ofrece una solución más rápida y eficaz en comparación con los métodos de detección actuales, especialmente en entornos de campo. La investigación del Dr. Colby Ott en esta área, utilizando instrumentos portátiles, es prometedora para aplicaciones clínicas y forenses con potencial impacto comercial.

Más información

Nota de aplicación: Mejora de la intensidad Raman para la detección de fentanilo.

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