Détection améliorée du fentanyl par spectroélectrochimie Raman

Le domaine de la police scientifique évolue continuellement en intégrant des technologies analytiques plus récentes et plus fiables. En ce qui concerne les drogues illicites, le paysage change rapidement chaque année et la demande de méthodes de dépistage adéquates augmente. Ces méthodes de dépistage font aujourd'hui l'objet de nombreuses recherches. L'identification rapide et fiable des drogues légales et illicites est essentielle pour garantir l'élaboration de protocoles analytiques appropriés, la collecte d'informations utiles, le succès des enquêtes sur le terrain et l'amélioration de la sécurité du personnel de laboratoire, des professionnels de la santé et des enquêteurs sur les scènes de crime. Cet article de blog traite de l'opioïde fentanyl et de la manière dont les recherches du lauréat 2022 du Metrohm Young Chemist Award (MYCA), le Dr Colby Ott, contribuent à son identification médico-légale grâce à la spectroélectrochimie Raman.

Fentanyl : médicament miracle ou menace pour la santé publique ?

Le fentanyl est un opioïde synthétique dont on estime qu'il est 50 fois plus puissant que l'héroïne et 100 fois plus puissant que la morphine. [1,2]. En raison de sa puissance, le fentanyl pharmaceutique est prescrit pour traiter des douleurs intenses, par exemple dans le cas de cancers à un stade avancé. Cependant, les patients à qui l'on prescrit du fentanyl doivent être surveillés de près, car ce produit est l'un des principaux responsables des overdoses et des décès aux États-Unis et dans d'autres pays.

Le fentanyl illicite se présente sous différentes formes, notamment sous forme de liquide et de poudre. En outre, il est souvent mélangé à d'autres drogues illégales (par exemple, l'héroïne, la cocaïne et la méthamphétamine) et transformé en pilules qui ressemblent à des opioïdes délivrés sur ordonnance ou à d'autres médicaments. Les médicaments contenant du fentanyl sont extrêmement dangereux et de nombreuses personnes ignorent qu'elles peuvent entrer en contact avec un opioïde aussi puissant lorsqu'elles consomment des drogues de rue.

Deux milligrammes de fentanyl seulement peuvent être mortels en fonction de facteurs tels que la taille de la personne, sa tolérance et son usage antérieur. Une si petite quantité rend le risque d'overdose extrêmement élevé. L'analyse de la Drug Enforcement Administration (DEA) américaine a révélé la présence de pilules contrefaites contenant jusqu'à 5 mg de fentanyl par comprimé, soit plus du double de la dose mortelle !

La crise du fentanyl dans la société : les données

Entre 1999 et 2022, plus de 1,1 million de personnes sont décédées aux États-Unis à la suite d'une overdose. [3]. On estime actuellement que plus de 200 personnes y meurent chaque jour d'overdoses liées à des opioïdes synthétiques comme le fentanyl (sur la base des chiffres pour la période de 12 mois se terminant en septembre 2023) [4]. La DEA a saisi un nombre record de pilules contenant du fentanyl (79,5 millions) en 2023, ainsi que près de 5400 kg de poudre de fentanyl. [5]. La quantité de fentanyl saisie en 2023 par la DEA équivaut à plus de 376,7 millions de doses mortelles.[5]. Parmi les pilules saisies par la DEA, les tests de laboratoire indiquent que 70 % d'entre elles contiennent une dose mortelle de fentanyl. [5].

Environ 110 000 personnes sont mortes d'overdoses aux États-Unis rien qu'en 2022. [6]. Près de 74 000 de ces décès ont été causés par le fentanyl et d'autres opioïdes synthétiques. (Figure 1), représentant près de 70 % du total (figure 2). Comparé au taux de décès par surdose d'opioïdes, y compris les opioïdes de prescription et l'héroïne (Figure 3), il apparaît clairement à quel point le fentanyl est dangereux et pourquoi il existe un besoin si important d'identification rapide et précise du fentanyl.

Défis pour les méthodes de détection du fentanyl

Les bandelettes de test du fentanyl sont une méthode de détection peu coûteuse utilisée pour aider à prévenir les overdoses et à réduire les dommages. Il s'agit de petites bandes de papier qui permettent de détecter la présence de fentanyl dans différents types de drogues (cocaïne, méthamphétamine, héroïne, etc.) et sous différentes formes (pilules, poudre et produits injectables).

Cependant, les bandelettes de fentanyl nécessitent généralement trois à cinq minutes pour donner des résultats. Ce délai peut faire la différence entre la vie et la mort. Même si le test est négatif, il ne s'agit pas nécessairement de drogues "sûres", car les bandelettes de test peuvent ne pas détecter des substances chimiques plus puissantes semblables au fentanyl. En outre, les bandelettes de test sont qualitatives et non quantitatives - elles indiquent seulement la présence ou l'absence de fentanyl. C'est pourquoi il est impératif de mettre au point des méthodes rapides, faciles, sensibles et sélectives pour le fentanyl.

La spectroélectrochimie Raman combine les avantages de l'électrochimie et de la spectroscopie Raman et constitue une technique alternative intéressante pour déterminer la présence de fentanyl dans différentes substances. L'activation électrochimique de structures métalliques permet d'augmenter l'intensité du Raman grâce à l'effet de diffusion Raman améliorée par la surface (SERS). Ce phénomène améliore la sensibilité et permet la détection de très faibles concentrations de l'analyte étudié.

Pour en savoir plus sur les avantages de l'utilisation de SERS, consultez notre article de blog connexe.

Raman vs SERS... Quelle est la différence ?

Identification médico-légale de drogues à base de fentanyl par spectroélectrochimie

Nous avons profité de l'occasion pour interviewer le Dr Colby Ott et discuter des raisons pour lesquelles son approche de la recherche ouvre de nouvelles portes pour de futures applications dans des situations cliniques, des analyses au point d'intervention (POC) et d'autres types d'analyses médico-légales.

1. Quel est l'avantage de la spectroélectrochimie Raman par rapport aux autres méthodes traditionnelles de détection des médicaments ?

"La plupart des méthodes utilisées pour l'identification des drogues font appel à des instruments sophistiqués tels que la GC-MS et la LC-MS/MS, qui sont coûteux, nécessitent une formation et une maintenance importantes et prennent beaucoup de temps. Outre les méthodes instrumentales, les méthodes de dépistage utilisant des tests chimiques colorés sont courantes ; cependant, elles sont sujettes à des résultats faussement positifs ou négatifs. Les méthodes spectroscopiques sont généralement rapides, moins coûteuses pour l'utilisateur et fournissent des informations structurelles et des identifications. La spectroélectrochimie Raman est une technique rapide qui peut améliorer le dépistage des drogues sur le terrain et pourrait potentiellement atteindre les milieux ruraux où l'accès à d'autres instruments est plus limité en raison de leur taille ou de leur coût".

2. Quelle est la contribution de l'électrochimie à la spectroscopie Raman pour la détection du fentanyl ?

"L'inconvénient inhérent à la spectroscopie Raman est que l'intensité du signal est généralement beaucoup plus faible que celle des autres techniques spectroscopiques. Toutefois, lorsqu'une expérience de spectroscopie Raman améliorée par la surface (SERS) est utilisée, les signaux obtenus sont beaucoup plus forts, ce qui permet de disposer d'une ressource puissante pour identifier le fentanyl. L'amélioration du signal est nécessaire dans les cas de fentanyl, car cette drogue est généralement trouvée en tant que composant mineur mélangé à d'autres adultérants et agents de coupe en raison de sa puissance. Par conséquent, l'électrochimie offre un moyen de générer rapidement et facilement un substrat SERS acceptable, ce qui permet d'améliorer le signal comme il se doit.

3. Quels sont les avantages de l'utilisation d'électrodes sérigraphiées (SPE) par rapport aux substrats SERS ?

"Les électrodes sérigraphiées (SPE) sont populaires dans de nombreuses applications électrochimiques en raison de leur petite taille, de leur reproductibilité et de leur facilité d'utilisation. Les électrodes sérigraphiées à l'argent offrent une excellente alternative de surface pour générer électrochimiquement les nanoparticules d'argent in situ à partir du matériau d'électrode lui-même, ce qui augmente la facilité d'utilisation sur le terrain pour disposer d'un substrat SERS. En outre, la nature jetable et la reproductibilité des SPE sont un avantage dans le domaine de la criminalistique".

4. Comment un instrument portable et entièrement intégré (potentiostat, laser et spectromètre dans un seul boîtier) tel que le SPELEC RAMAN a-t-il contribué au succès de vos recherches ??

"La facilité d'utilisation du spectromètre Raman et du potentiostat entièrement intégrés a permis de simplifier les mesures et la configuration des expériences sur une seule plate-forme logicielle, plutôt que d'essayer de faire communiquer différents logiciels et instruments. Plus important encore, le faible encombrement a permis de réaliser des mesures portables, lorsque nous avons emporté l'instrument hors du site pour effectuer des mesures.

5. Dans quelle mesure l'acquisition en temps réel de mesures optiques et électrochimiques est-elle pertinente pour cette recherche ?

"Alors que les tests de couleur chimique continuent d'être examinés de près pour leurs performances limitées dans le dépistage des drogues saisies, de nouvelles méthodes de dépistage sont devenues un point central de la chimie médico-légale. De nombreuses méthodes spectroscopiques actuelles sont incapables d'identifier les composants en faibles concentrations, en particulier en présence de grandes quantités d'agents de coupe et d'adultérants. Notre approche spectroélectrochimique a permis d'identifier le fentanyl et ses analogues à de faibles concentrations et en présence de drogues courantes et de composés diluants, ce qui constitue une solution de dépistage possible pour les produits stupéfiants saisis".

6. Quel est l'impact commercial potentiel de votre travail ?

"Ce type de méthode pourrait être utilisé dans le cadre de schémas analytiques en amont afin d'éclairer la prise de décision en aval pour les approches de confirmation. En outre, la portabilité de l'instrument et l'approche expérimentale permettent d'effectuer des essais sur le terrain et pourraient être utilisés aux frontières, aux points d'entrée et sur les scènes de crime. Nous travaillons actuellement sur des méthodes qui pourraient être utiles dans des scénarios toxicologiques, où cette méthode simple et abordable serait utilisée dans les communautés rurales, pour les tests de conformité et le dépistage des drogues".

Conclusion

Le fentanyl, un puissant opioïde synthétique, présente un risque important d'overdose. Son identification rapide et fiable est cruciale pour les enquêtes et la sécurité. La spectroélectrochimie Raman offre une solution plus rapide et plus efficace que les méthodes de détection actuelles, en particulier sur le terrain. Les recherches du Dr Colby Ott dans ce domaine, à l'aide d'instruments portables, sont prometteuses pour les applications cliniques et médico-légales, avec un impact commercial potentiel.

Vos connaissances à emporter

Note d'application : Amélioration de l'intensité Raman pour la détection du fentanyl

Webinaire à la demande : Spectroélectrochimie : Identification des drogues dans les applications médico-légales

Dépistage rapide sur place des drogues saisies à l'aide d'outils électrochimiques et spectroscopiques : Identification du fentanyl et de nouvelles substances psychoactive

Blog post : La spectroélectrochimie Raman de l'Inde à l'Espagne : Histoire et applications

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