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Zwei Jahre nach dem Proof-of-Concept bauen Chemiker einen Marihuana-Atemtester

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"Niemand sollte nur wegen des Konsums oder Besitzes von Marihuana im Gefängnis sitzen. Ich unternehme Schritte, um unseren gescheiterten Ansatz zu beenden." Das hat Präsident Joe Biden Ende letzter Woche getwittert, bevor er Schritte skizzierte, zu denen die Aufforderung an den Generalstaatsanwalt gehörte, die Einstufung der Droge nach dem Bundesgesetz zu überprüfen - das sie derzeit auf dieselbe Stufe wie Heroin stellt, aber schwerer wiegt als Fentanyl, die Droge, die die aktuelle Opioid-Krise hauptsächlich anheizt.

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Bidens Worte und Handlungen überraschen nicht, wenn man bedenkt, dass sich das Blatt für Marihuana in den letzten paar Jahren gewendet hat. Zum Beispiel ist der Freizeitkonsum von Cannabis jetzt in 19 Bundesstaaten und im District of Columbia legal. Diese Legalisierung und Entkriminalisierung hat zwar Auswirkungen auf viele Lebensbereiche, doch für Chemiker stellt sie eine wissenschaftliche Herausforderung dar.

"Als ich aufwuchs, wurde den Leuten beigebracht, nicht betrunken Auto zu fahren. Für Marihuana habe ich noch nicht dieselbe Art von Botschaften gesehen, und Statistiken zeigen, dass mehr als 14 Millionen Menschen in den USA Marihuana rauchen und Auto fahren. Unser Ziel war es, eine sehr einfache Lösung zu entwickeln, die von der Gesellschaft angenommen werden könnte", sagte Neil Garg, ein Professor für organische Chemie an der UCLA, der zusammen mit seinem früheren Kollegen Evan Darzi die Entwicklung eines neuen Marihuana-Atemtests geleitet hat.

THC, der Wirkstoff in Marihuana, der zu einem Rausch führt, unterscheidet sich deutlich von der Ethanolkonzentration, die mit einem herkömmlichen Alkohol-Atemtestgerät gemessen wird.

THC kann noch Tage, Wochen oder sogar Monate nach dem Marihuanakonsum im Körper verbleiben, ohne dass es zu kognitiven Rückwirkungen kommt. Ein Standard-Bluttest kann zum Beispiel bei einem chronischen Konsumenten zwei Tage lang 1 bis 2 ng/ml THC im Blut nachweisen. In Colorado liegt der gesetzliche Grenzwert bei 5 ng/ml, so dass ein chronischer Marihuanakonsument, der die Pflanze zuletzt vor zwei Tagen zu sich genommen hat, in Ordnung wäre. In einem "Null-Toleranz"-Staat würde der Konsument jedoch verhaftet werden - auch wenn die letzte Einnahme von Marihuana zwei volle Tage zurückliegt.

Im Jahr 2020 erbrachten Garg und der damalige Postdoktorand Darzi einen Konzeptnachweis für den THC-Nachweis, der dem Verfahren eines Alkoholtests ähnelt, bei dem Ethanol durch den Verlust von Wasserstoff in eine organische chemische Verbindung umgewandelt wird. Die Forscher entdeckten, dass die Entfernung eines Wasserstoffmoleküls - ein Prozess, der als Oxidation bekannt ist - aus dem größeren THC-Molekül eine nachweisbare Farbveränderung bewirkt.

Um die Oxidation von THC zu stimulieren, wendete das Duo einen kostengünstigen, skalierbaren Ansatz an - Elektrizität.

"Einige unserer anfänglichen Ideen beinhalteten den Versuch, komplizierte Moleküle dazu zu bringen, sich an THC zu binden, um ein Signal zu erkennen", so Garg. "Nach einer Weile wurde uns klar, dass die einfachste Lösung darin besteht, Strom in das THC zu pumpen und eine chemische Reaktion auszulösen, die eine Veränderung bewirkt, die wir nachweisen können. Es spielt keine Rolle, wie die Veränderung aussieht, solange sie leicht zu erkennen ist. Die Oxidation ist eine der einfachsten Reaktionen, die man an einem Molekül durchführen kann."

Garg und Darzi arbeiteten daran, ihre chemische Lösung zu nutzen, um ein einfaches THC-Atemtestgerät zu entwickeln, und gründeten sogar ein UCLA-Spin-off-Unternehmen namens ElectraTect. Und jetzt, zwei Jahre später, haben sie ihren ersten großen Schritt in Richtung dieses Ziels gemacht.

In einem kürzlich in der Zeitschrift Organic Letters veröffentlichten Artikel beschreiben Darzi, jetzt CEO von ElectraTect, Garg und die Forscher von ElectraTect, wie ihr neuer THC-betriebener Brennstoffzellen-Sensor im Labormaßstab funktioniert. Wenn THC mit einer negativ geladenen Elektrode (Anode) auf einer Seite der H-förmigen Glaskammer des Geräts in Kontakt kommt, oxidiert es zu einer neuen Verbindung namens THCQ und sendet Elektronen durch die Kammer zu einer positiv geladenen Elektrode (Kathode) auf der anderen Seite, wodurch ein messbarer elektrischer Strom erzeugt wird. Je höher die Konzentration der THC-Moleküle ist, desto stärker ist der Strom.

Dies ist das erste Mal, dass THC zum Betrieb eines Brennstoffzellensensors verwendet wurde. Die relativ einfache und kostengünstige Technologie kann - sobald sie perfektioniert ist - für eine wirtschaftliche Massenproduktion aufgestockt werden.

Die Forscher erklärten, dass sie derzeit daran arbeiten, das Gerät zu verfeinern, um THC in ausgeatmetem Atem zu erkennen und zu messen, und es auf eine kompaktere Größe zu verkleinern, die für den Einsatz in einem tragbaren Atemanalysegerät oder einem Zündschlossgerät geeignet ist.

"Wir wollen ein einfaches Atemalkoholmessgerät, für das keine spezielle Ausbildung erforderlich ist, denn ein Polizeibeamter ist kein ausgebildeter Chemiker für synthetische organische Substanzen", so Darzi.

Obwohl ein kommerzielles Marihuana-Atemtestgerät, das auf ihrer Technologie basiert, noch einige Jahre auf sich warten lassen wird, betonten Darzi und Garg, dass ein solches Gerät letztendlich nicht nur für die Verkehrssicherheit und die Strafverfolgung von Nutzen sein könnte. Ihr technologischer Durchbruch, so sagten sie, könnte letztlich in jeder Situation eingesetzt werden, in der faire Marihuana-Tests von entscheidender Bedeutung sind, einschließlich am Arbeitsplatz oder sogar zu Hause, wo Einzelpersonen es proaktiv nutzen könnten - bevor sie sich überhaupt hinter das Steuer setzen.