Analysis of emerging drugs of abuse by using miniaturized techniques

L'uso di droghe a scopo voluttuario è vecchio come il mondo. Nel corso dei secoli secoli, piante come coca (Erythroxylon coca), kath (Catha edulis), oppio (Papaver somniferum), sono state utilizzate per ottenere effetti psicoattivi. In seguito, le conoscenze di chimica organica hanno portato alla sintesi di nuove droghe d’abuso e questa è una tendenza che continua ancora oggi. Per contrastare la diffusione e l'uso di queste droghe emergenti un contributo importante è dato dalle scienze forensi. Le scienze forensi includono tutte le applicazioni scientifiche che possono essere utilizzate per sostenere a tutti i livelli il rispetto della legge. L'analitica forense è un campo di ricerca in rapida espansione, come testimoniano le numerose pubblicazioni e review disponibili nella letteratura scientifica. Vale la pena notare tuttavia che la maggior parte dei avori relativi alle analisi forensi, sono incentrati su tecniche cromatografiche (GC e HPLC) che possono fornire risultati veloci e facilmente comparabili, grazie a numerose procedure standardizzate. Poiché vi è una grande richiesta, ai laboratori di polizia scientifica, affinché si mettano a punto metodi analitici più veloci, efficienti e meno costosi, la miniaturizzazione è emersa come tendenza sempre più popolare anche nelle scienze forensi. Tecniche di separazione quali elettroforesi capillare (CE) e nano-cromatografia liquida (nano-LC) sono state applicate con successo all'analisi di sostanze illegali, sia nei reperti che nei fluidi biologici. Rispetto alle tecniche convenzionali, quelli miniaturizzate offrono alcuni vantaggi quali alta efficienza e selettività, analisi più rapide, minore diluizione del campione, necessità di ridotti volumi di campione e reagenti, nonché minime quantità di materiali di impaccamento. Grazie a tutte queste caratteristiche, tali tecniche possono essere vantaggiosamente applicate anche alle scienze forensi. In realtà l'applicabilità di queste tecniche analitiche rapide ed efficienti non è ancora in gran parte sfruttata in tossicologia forense. Il presente lavoro è finalizzato, nella prima parte a confermare ulteriormente l’affidabilità e l’applicabilità di queste tecniche nei laboratori forensi. La seconda parte del lavoro, invece, ha lo scopo di confermare CE e nano-LC quali strumenti preziosi per lo screening, l'identificazione e la quantificazione di analiti di interesse forense.

The use of recreational drugs is old as time. For centuries, plants, like coca (Erythroxylon coca), kath (Catha edulis), opium (Papaver somniferum), were used to achieve central nervous system (CNS)-psychoactive effects. Later, the knowledge in organic chemistry led to the synthesis of new drugs of abuse and this is an on-going trend nowadays. To contrast the use of these emerging drugs of abuse an important contribute is given by forensic sciences. Forensic sciences include all the applications of science which can be used to support at any level the enforcement of the law. Forensic analysis is a rapidly expanding field of analytical research as witnessed by the numerous publications and specific scientific reviews available in the scientific literature. It is worth noting however, that the majority of works concerning forensic analysis are related to chromatographic techniques (GC and HPLC) which can provide fast and easily comparable results, due to widespread standardized procedures. Owing to the great demand of forensic laboratories for faster, efficient and less costly analytical methods, miniaturization has emerged as an increasing popular tool also in forensic sciences. Separation techniques including capillary electrophoresis (CE) and nano-liquid chromatography (nano-LC) have been successfully applied to the analysis of illegal drugs both in seized materials and in biological fluids. Compared to conventional techniques, the miniaturized ones offer some unique advantages such as high efficiency and selectivity, shorter analysis time, lower sample dilution, need of smaller volumes of samples and reagents as well as small amounts of packing materials. For all these features these techniques can be applied advantageously also to forensic sciences. Indeed the applicability of these rapid and cost-effective analytical techniques are not yet largely exploited in forensic toxicology. In this perspective, to provide further confirmation of the reliability and applicability of these techniques in forensic laboratories, this work is started and aimed in its first part. The second part, instead, is aimed at confirming CE and nano-LC as valuable tools for screening and identification and for precise and sensitive quantification of analytes of forensic interest.