Musikalischer Sensor identifiziert gefälschte Medikamente

Inspiriert von einem Musikinstrument, kann der einfache Sensor aus gängigen Materialien konstruiert werden.

17.09.2018

William Grover

Mbira-Instrument neben einem darauf basierenden Dichtesensor.

Was, wenn eine einzige musikalische Note den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten könnte?

Ein neuer Sensor, der auf einem 3000 Jahre alten afrikanischen Musikinstrument basiert, kann verwendet werden, um Substanzen zu identifizieren, einschließlich einer giftigen Chemikalie, die Medikamenten zugesetzt wird. Der mbira-Sensor, der aus handelsüblichen oder ausrangierten Materialien hergestellt werden kann, könnte Apothekern und Verbrauchern in Entwicklungsländern einen kostengünstigen Schutz vor gefälschten und verfälschten Arzneimitteln bieten.

Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass 10 Prozent aller Medikamente in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen gefälscht sind. Bestehende Technologien zur Identifizierung gefälschter Arzneimittel sind teuer und erfordern fachkundige Techniker, die in weiten Teilen der Dritten Welt nicht ohne weiteres verfügbar sind.

Das Gerät, das von einem Ingenieur der University of California, Riverside, gebaut und in einem in ACS Omega veröffentlichten Papier beschrieben wurde, kann die Dichte jeder Flüssigkeit genau messen. Vergleicht man die Dichte eines verdächtigen flüssigen Arzneimittels mit der Dichte des bekannten Produkts, kann man feststellen, ob die beiden Arzneimittel die gleichen Inhaltsstoffe haben oder nicht.

Die Forschung wurde von der Beobachtung inspiriert, dass die von einem Musikinstrument erzeugten Klangfrequenzen durch die physikalischen Eigenschaften des Instruments bestimmt werden. Zum Beispiel ist die Tonhöhe einer Gitarrensaite eine Funktion der Länge und Spannung der Saite.

"Könnten wir einem Musikinstrument eine Probe hinzufügen, die daraus resultierende Änderung der Noten des Instruments messen und diese Änderung nutzen, um Informationen über die Probe und ihre Eigenschaften zu bestimmen?", fragte William Grover, Assistenzprofessor für Bioengineering am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering der UCR.

Um das herauszufinden, modifizierten Grover und sein Team ein Mbira oder Kalimba, ein aus Afrika stammendes Musikinstrument aus graduierten Metallzinken, die an einem Resonanzboden befestigt sind. Die Zinken spielen verschiedene Töne, wenn sie mit dem Finger gezupft werden. Indem er die Metallzinken durch ein gebogenes Metallrohr ersetzt und es mit einer Flüssigkeit füllt, verglich Grover die Frequenz der Musiknoten, die durch das gefüllte und das leere Rohr erzeugt wurden, um die Dichte der Flüssigkeit zu messen. Leer spielte die Röhre einen Gis-Ton, gefüllt mit Wasser ein Fis.

Mit Altholz und Rohren, die er in seiner Garage fand, baute Grover ein neues Gerät von Grund auf neu. Experimente ergaben, dass das optimale mbira Sensorrohr dünne Wände und eine Länge von nicht weniger als 50 Millimetern hatte. Seine Schüler benutzten das Gerät, um die Dichte von allem zu messen, vom lokalen Flusswasser bis zur Büffelmilch in Indien, aber sie stellten bald fest, dass gefährliche Medikamente die ideale erste Anwendung für ihren Sensor waren.

Eine Substanz, die manchmal in gefälschten Erkältungsmitteln zu finden ist, ist Diethylenglykol - ein Gift, das nach Glycerin aussieht, schmeckt und riecht. Seit 1985 kommt es weltweit durchschnittlich alle zwei Jahre zu einer tödlichen Massenvergiftung durch Medikamente, die Diethylenglykol enthalten. Ein preiswerter Sensor, der sowohl von Experten als auch von Verbrauchern verwendet werden kann, würde Leben retten.

Die Forscher bestätigten zunächst, dass ihr mbira-Sensor den Unterschied zwischen harmlosem Glycerin und tödlichem Diethylenglykol erkennen konnte. Nach dem Füllen des Sensors mit jeder Substanz, dem Aufnehmen der Musiknoten mit einem Smartphone und dem Hochladen der Aufnahmen auf eine von ihnen erstellte Analyse-Website stellten sie fest, dass Glycerin und Diethylenglykol Tüne erzeugen, deren Frequenzen sich um 10 Hertz unterscheiden.

Das ist ein zu kleiner Unterschied, um ihn mit dem Gehör zu bemerken, aber er ist durch die Software der Website leicht zu erkennen, so dass jemand, der den mbira Sensor und ein Smartphone benutzt, diese beiden Substanzen leicht unterscheiden kann.

University of California, Riverside

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