Aproximadamente cuando Robbyn Anand comenzó a estudiar tecnologías de concentración y separación para su investigación doctoral, su hermano mayor, David, fue diagnosticado con insuficiencia renal en etapa terminal.

Una enfermedad autoinmune había atacado sus riñones. Tendría que depender de la diálisis para eliminar los desechos de su sangre. Ahora tiene 37 años y usa equipo en casa, pero el tamaño y el peso de la maquinaria aún afectan su vida.

"¿Cómo puedo ayudar con esa situación?" Anand se preguntó durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Texas en Austin de 2004 a 2010.

Las posibles respuestas estaban allí, en un laboratorio de química de Texas. Anand, quien ha sido profesor asistente de química en la Universidad Estatal de Iowa desde 2015, estaba investigando cómo los campos eléctricos dentro de los diminutos canales de los dispositivos de microfluidos podrían usarse para concentrar y separar partículas cargadas.

Una aplicación que estudió utilizó la tecnología para eliminar la sal del agua de mar.

Eso llevó a otra pregunta:"Me pregunto si hay alguna manera de usar esta tecnología de desalinización para ayudar a mi hermano".

Electroquímica para desalación

Un artículo de 2013 escrito en coautoría por Anand (el autor principal es Richard Crooks, profesor y cátedra Robert A. Welch de Química en Texas) describe que la tecnología de desalinización:

Se aplican tan solo 3 voltios a un chip hecho de vidrio y plástico. El chip contiene canales diminutos del ancho de un cabello humano. El agua de mar entra por el canal principal y fluye hacia un electrodo en una unión de dos vías. Un campo eléctrico crea una zona de agotamiento de iones que dirige la sal en una dirección y el agua dulce fluye en la otra dirección.

Un comunicado de prensa de Texas en ese momento comparó el proceso con un troll al pie de un puente que bloquea el paso de la sal.

La tecnología parece prometedora porque requiere poca energía, no hay filtro o membrana que obstruya y los costos de capital son pequeños.

Bien, ¿Qué sucede durante la diálisis?

Las máquinas toman sangre de una persona, quitar la sal, residuos y agua, luego devuelva sangre limpia.

¿Podría haber una manera de utilizar este proceso de desalinización mediado electroquímicamente para hacer eso? ¿Podría eso crear una tecnología que no requiera depósitos enormes y pesados ​​de líquido de diálisis? ¿Podría eso llevar a wearables, dispositivos de diálisis que funcionan con baterías?

Otro proyecto ayudó a Anand a explorar la efectividad de la tecnología en una aplicación biológica.

Manipulación de células biológicas

Después de la escuela de posgrado, Anand pasó a la investigación postdoctoral en la Universidad de Washington en Seattle, donde continuó desarrollando tecnología híbrida electroquímica-microfluídica, esta vez para aislar las células cancerosas que circulan en el torrente sanguíneo.

Esos estudios ayudaron a desarrollar estrategias para usar electrodos bipolares inalámbricos para manipular células biológicas.

El trabajo de Anand con las células tumorales circulantes continúa en el estado de Iowa. Su grupo de investigación también ha trabajado para desarrollar tecnología relacionada para un dispositivo de diálisis.

Hasta aquí, Anand dice que los investigadores han demostrado que la tecnología puede eliminar el exceso de líquido de la sangre sin perder importantes proteínas sanguíneas.

Pero, ella dijo, Quedan tres desafíos principales:

• El campo eléctrico es lo suficientemente fuerte como para dañar las células sanguíneas. por lo que los investigadores están buscando formas de mantener a las células alejadas de él.
• El proceso debe ampliarse para producir 1 mililitro de líquido a partir de sangre por minuto. Pero la respuesta no es simplemente construir dispositivos más grandes, porque eso puede causar remolinos de fluidos e inestabilidad de flujo.
• Uno de los materiales del dispositivo no está aprobado para uso médico por la Administración de Alimentos y Medicamentos. Así que otros los materiales ya aprobados deben ser probados.

El equipo del estado de Iowa que trabaja con Anand en esos desafíos incluye a Baskar Ganapathysubramanian, profesor asociado de ingeniería mecánica; Beatrise Berzina, Joseph Banovetz y Sungu Kim, estudiantes de doctorado; y Benjamin Rayborn, un estudiante de pregrado. También colabora con los investigadores Jacob Alexander, médico de la Clínica McFarland en Ames que se especializa en enfermedades renales.

La investigación cuenta actualmente con el apoyo de los fondos iniciales de Anand del estado de Iowa.

Ella espera que los investigadores puedan desarrollar tecnología que permita un wearable, riñón artificial. Anand dijo que su objetivo es evitar que sea demasiado complejo o demasiado costoso para que sea comercialmente relevante y esté disponible.

Ella sabe que hay desafíos por delante. Pero está motivada para avanzar en el proyecto.

"Este es un campo bastante candente y la financiación es competitiva, "Anand dijo." Pero, para este proyecto en particular, mi objetivo es ayudar a mi hermano y descubrir qué podemos aportar de manera única a este campo ".