Innovativ nanotransistor til nem måling af elektrolytkoncentration i blod

At teste blodet fra patienter, som læger mener kan lide af en elektrolyt-ubalance, er normalt en stor indsats, fordi forskellige selektive tests skal udføres. Elektrolytter er visse næringsstoffer eller kemikalier i kroppen, der udfører en række vigtige funktioner, såsom at regulere hjerteslag. En forstyrrelse af elektrolytbalancen kan være farlig. Forskere, der arbejder inden for kemi, undersøger de kemiske forbindelser af elektrolytter, som delvist spaltes i ioner og leder elektriske strømme. Remco Hartkamp, ansat underviser i beregningsmæssig kemisk fysik ved Institut for Proces &Energi, udviklet en ny metode, sammen med forskere fra Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Frankrig og NTT Basic Research Laboratories i Japan, det vil gøre det lettere at måle koncentrationen af ​​forskellige elektrolytter i kroppen ved hjælp af en nanotransistor. Resultaterne af forskningen blev offentliggjort i denne måned i Naturmaterialer :"Selektivt lagfrit blodserumionogram baseret på ionspecifikke interaktioner med en nanotransistor."

Forskerne præsenterede, hvad de kaldte en '0D' ion-selektiv felteffekttransistor (ISFET), med en sensor på kun 25 nm - meget mindre end de konventionelle nanowire ISFET'er. Sammenlignet med aktuelt tilgængelige enheder, 0D-ISFET viste en kvalitativt anderledes respons på ændringer i pH og en meget højere følsomhed over for tilstedeværelsen af ​​elektrolytter, gør det muligt at mærke elektrolytter, der er til stede i meget små koncentrationer. Ved at kombinere eksperimenterne med molekylær dynamik simuleringer og site-binding teori, ny indsigt blev erhvervet. Specifikt, en teoretisk tilgang til tendenserne fundet i de eksperimentelle målinger foreslog et additiv, snarere end konkurrencedygtig, virkning af blandede elektrolytter på det elektriske potentiale ved faststof-væske-grænsefladen. Desuden, simuleringer antydede, at den høje følsomhed af 0D-ISFET, især med hensyn til divalente ioner, kan være forårsaget af et overskud af kationer, der adsorberes på den ladede faste overflade. En sådan overscreening tilskrives en kombination af elektrostatiske korrelationer og ionspecifik adsorption.

0D-ISFET kan lette meget billigere og nemmere test ved sengekanten, med kun en lille mængde blod nødvendig. Denne udvikling er særlig vigtig for patienter, som gennemgår regelmæssige ionogrammålinger (for hyperkalemi eller nyreinsufficiens), eller som tager antidiabetika, kortikoid- eller lithiummedicin. Bortset fra den påtænkte anvendelse i blodanalyse, at opnå en forbedret molekylært niveau forståelse af ion specificitet ved fast-elektrolyt grænsefladen er vigtigt for en overflod af andre applikationer. Ægteskabet mellem eksperimenter, simuleringer og teori er afgørende i jagten på at opnå denne indsigt på molekylært niveau. Den nuværende samarbejdsundersøgelse har taget vigtige skridt hen imod mere præcis og alsidig blodanalyse til lave omkostninger og har forbedret grundlæggende forståelse af ionspecifik adsorption. Uanset, meget mere skal læres både på den grundlæggende og anvendte side, og yderligere undersøgelser udføres for at supplere de nuværende data og bygge på de nuværende resultater.