De uitvinding van Burak Eral, assistant professor aan de TU Delft en zijn promovendus Mengmeng Zhang, moet de strijd aangaan met vervalste geneesmiddelen, die vooral in arme landen al jaren een enorm probleem zijn. De recente tragedie rond giftige hoestdrankjes in onder meer Gambia en Indonesië, waardoor ongeveer 150 kinderen zijn overleden, is nog klein bier vergeleken met de schatting dat in Afrika meer dan 100.000 mensen per jaar onnodig overlijden omdat ze vertrouwden op niet of nauwelijks werkzame nepmedicatie tegen malaria. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) waarschuwt intussen ook al voor een levendige handel in vervalste coronavaccins.

Aflezen van de code kan met een simpel microscoopje op een smartphone

Tegenmaatregelen richten zich tot nu toe vooral op lastig na te maken verpakkingslabels, soms in combinatie met databases van bestaande batchnummers. Maar fraudebestendige labels zijn vaak relatief duur en niet eenvoudig uit te lezen. En dat je een authentieke verpakking na gebruik kunt hervullen met een nepproduct, hebben fraudeurs ook al door. Vandaar dat steeds meer stemmen opgaan voor on-dose authentication (ODA), microscopisch kleine codes die in het geneesmiddel zelf worden verwerkt. Voorwaarden zijn dat ze niet schadelijk zijn voor de gezondheid, dat je ze eenvoudig moet kunnen terugvinden en controleren, en dat vervalsen meer moeite kost dan het waard is.

Stippeltjescode

In 2017 publiceerde Eral, samen met een groep Utrechtse onderzoekers, een eerste aanzet voor zo’n ODA in het tijdschrift Small. Door een transparant microfluïdisch kanaal liet hij een vloeistof stromen die onder invloed van uv-licht crosslinks vormt om zo te veranderen in een hydrogel. Het belichten ging via stop-flow lithography: de stroming werd telkens net lang genoeg stopgezet om de vloeistof onder de lichtbron te laten uitharden. Tussen lichtbron en vloeistof zat een masker met gaatjes, dat als sjabloon werkte om blokjes te creëren met een stippeltjescode naar keuze. Aflezen kon met een microscoopje, online te bestellen voor een paar tientjes, dat zich op de cameralens van een smartphone laat klemmen.

 Het bleef echter wel zoeken naar een speld in een hooiberg, voordat je zo’n blokje onder de microscoop had. Maar daar heeft Zhang nu iets op gevonden. In het microkanaal legt ze virtual magnetic moulds (VMM’s): dunne glasplaatjes waarop microscopisch kleine puntjes nikkel zijn aangebracht in het gewenste stippeltjespatroon. Aan de vloeistof voegt ze superparamagnetische ijzeroxide-nanodeeltjes toe. Hou je een magneet onder het kanaal, dan worden ijzeroxide en nikkel allebei gemagnetiseerd en hopen de nanodeeltjes zich op rond de nikkelfragmenten. Vervolgens laat je de vloeistof uitharden die er omheen zit, en zo hou je blokjes met ingebakken nanodeeltjescodes over. Ongetwijfeld zullen er methodes zijn om die codes op magnetische wijze uit te lezen. Maar als de blokjes eenmaal in een medicijnflesje zitten, dan hoef je daar alleen maar een magneet tegenaan te houden om ze massaal plat tegen het glas te trekken. Gewapend met de smartphone-microscoop kun je dan de code noteren. Zit het medicijn verpakt in pillen, dan zul je er steekproefsgewijs een paar moeten oplossen om de codes terug te vinden.

Eetbare sensoren

De huidige blokjes bevatten 8 bij 3 stippen, ruim voldoende voor de beoogde codes. Ze meten ongeveer 0,2 bij 0,6 mm, klein genoeg om alleen op te vallen als je weet waar je moet kijken. Volgens Eral is het een compromis: ‛Hoe kleiner je ze maakt, hoe moeilijker ze zijn te detecteren. En hoe groter je maakt, hoe makkelijker ze zijn te vervalsen.’ De publicatie suggereert dat dat laatste vooral wordt bemoeilijkt doordat de productie van VMM’s geavanceerde precisie-apparatuur vraagt. Heb je die VMM’s eenmaal, dan kosten de materialen nog maar een fractie van een cent per blokje. Eral en Zhang gaan er bovendien van uit dat ze veilig zijn voor consumptie.

In 2017 diende gemodificeerd dextran nog als uv-gevoelig polymeer maar dit keer kozen ze PEGDA, polyetheenglycol met acrylaat-eindgroepen voor de crosslinking. Anders dan het monomeer, dat ironisch genoeg in de foute hoestdrank schijnt te hebben gezeten omdat het goedkoper was dan glycerine, wordt dit polymeer algemeen beschouwd als onschadelijk: de toxiciteit lijkt nooit tot in detail te zijn onderzocht maar biomedische labs zijn er al heel lang tevreden mee. Voor nano-ijzeroxide geldt iets dergelijks. Bovendien, stelt Eral, gaat het om uiterst kleine hoeveelheden: ‛Alles is giftig, zelfs water. Maar het hangt af van de dosering.’

Uit de publicatie valt wel op te maken dat er nog het nodige valt te sleutelen voordat de massaproductie van start kan gaan. Maar de auteurs denken al verder: in plaats van barcodes zou je ook eetbare sensoren kunnen maken die aangeven of het medicijn nog goed is. De oerversie bevatte al een primitieve pH-indicator en Zhangs proefschrift is pas gepland voor volgend jaar. Wie weet waar ze nog mee komt.