Analizar la sangre de pacientes que los médicos creen que pueden estar sufriendo un desequilibrio de electrolitos suele ser un esfuerzo importante porque se deben realizar varias pruebas selectivas. Los electrolitos son ciertos nutrientes o sustancias químicas del cuerpo que llevan a cabo una serie de funciones importantes, como regular los latidos del corazón. Una interrupción del equilibrio electrolítico puede ser peligrosa. Los investigadores que trabajan en el campo de la química están examinando los compuestos químicos de los electrolitos, que se dividen parcialmente en iones y conducen corrientes eléctricas. Remco Hartkamp, profesor titular de física química computacional en el Departamento de Procesos y Energía, desarrolló un nuevo método, junto con investigadores del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia y los Laboratorios de Investigación Básica NTT en Japón, eso hará que sea más fácil medir la concentración de diferentes electrolitos en el cuerpo usando un nanotransistor. Los resultados de la investigación fueron publicados este mes en el Materiales de la naturaleza :"Ionograma de suero sanguíneo sin capa selectiva basado en interacciones específicas de iones con un nanotransistor".

Los investigadores presentaron lo que llamaron un transistor de efecto de campo selectivo de iones '0D' (ISFET), con un sensor de solo 25 nm, mucho más pequeño que los ISFET de nanocables convencionales. En comparación con los dispositivos disponibles actualmente, el 0D-ISFET mostró una respuesta cualitativamente diferente a los cambios de pH y una sensibilidad mucho mayor a la presencia de electrolitos, lo que permite detectar los electrolitos que están presentes en concentraciones muy pequeñas. Combinando los experimentos con simulaciones de dinámica molecular y teoría de enlace de sitios, se adquirió una nueva percepción. Específicamente, un enfoque teórico de las tendencias encontradas en las mediciones experimentales sugirió un aditivo, en lugar de competitivo, efecto de la mezcla de electrolitos sobre el potencial eléctrico en la interfaz sólido-líquido. Es más, Las simulaciones sugirieron que la alta sensibilidad del 0D-ISFET, especialmente con respecto a los iones divalentes, puede ser causado por un exceso de cationes que se adsorben sobre la superficie sólida cargada. Tal sobreexploración se atribuye a una combinación de correlaciones electrostáticas y adsorción específica de iones.

El 0D-ISFET puede facilitar pruebas de cabecera mucho más baratas y sencillas, con solo una pequeña cantidad de sangre necesaria. Estos avances son particularmente importantes para los pacientes que se someten a mediciones periódicas de ionogramas (por hiperpotasemia o insuficiencia renal) o que toman antidiabéticos, medicamentos con corticoides o litio. Aparte de la aplicación prevista en análisis de sangre, Obtener una mejor comprensión a nivel molecular de la especificidad de los iones en la interfaz sólido-electrolito es importante para una gran cantidad de otras aplicaciones. El matrimonio entre experimentos, Las simulaciones y la teoría son fundamentales en la búsqueda de esta información a nivel molecular. El presente estudio colaborativo ha dado pasos importantes hacia análisis de sangre más precisos y versátiles a bajo costo y ha mejorado la comprensión fundamental de la adsorción de iones específicos. A pesar de todo, queda mucho por aprender, tanto en el aspecto fundamental como en el aplicado, y se están realizando más estudios para complementar los datos actuales y aprovechar los hallazgos actuales.