Nel periodo in cui Robbyn Anand iniziò a studiare le tecnologie di concentrazione e separazione per la sua ricerca di dottorato, a suo fratello maggiore David è stata diagnosticata un'insufficienza renale allo stadio terminale.

Una condizione autoimmune aveva attaccato i suoi reni. Dovrebbe dipendere dalla dialisi per eliminare le scorie dal sangue. Ora ha 37 anni e usa l'attrezzatura di casa, ma le dimensioni e il peso del macchinario influiscono ancora sulla sua vita.

"Come posso aiutare con quella situazione?" si chiedeva Anand durante i suoi studi di dottorato presso l'Università del Texas ad Austin dal 2004 al 2010.

Le potenziali risposte erano proprio lì in un laboratorio di chimica del Texas. Anand, che è assistente professore di chimica alla Iowa State University dal 2015, stava studiando come i campi elettrici all'interno dei minuscoli canali dei dispositivi microfluidici potessero essere usati per concentrare e separare le particelle cariche.

Un'applicazione che ha studiato utilizzava la tecnologia per rimuovere il sale dall'acqua di mare.

Ciò ha portato a un'altra domanda:"Mi chiedo se c'è un modo per utilizzare questa tecnologia di desalinizzazione per aiutare mio fratello?"

Elettrochimica per la desalinizzazione

Un documento del 2013 co-autore di Anand (l'autore principale è Richard Crooks, professore e Robert A. Welch Chair in Chemistry at Texas) descrive questa tecnologia di desalinizzazione:

A un chip di vetro e plastica vengono applicati appena 3 volt. Il chip contiene minuscoli canali della larghezza di un capello umano. L'acqua di mare entra nel canale principale e scorre verso un elettrodo in una giunzione a due vie. Un campo elettrico crea una zona di impoverimento ionico che dirige il sale in una direzione e l'acqua dolce scorre nell'altra.

Un comunicato stampa del Texas all'epoca paragonò il processo a un troll ai piedi di un ponte che impedisce al sale di attraversare.

La tecnologia sembra promettente perché richiede poca energia, non ci sono filtri o membrane da intasare ei costi di capitale sono contenuti.

Bene, cosa succede durante la dialisi?

Le macchine prendono il sangue da una persona, togliere il sale, rifiuti e acqua, poi restituisci sangue puro.

Potrebbe esserci un modo per utilizzare questo processo di desalinizzazione mediato elettrochimicamente per farlo? Potrebbe creare una tecnologia che non richieda enormi e pesanti serbatoi di liquido di dialisi? Potrebbe portare a indossabili, dispositivi per dialisi a batteria?

Un altro progetto ha aiutato Anand a esplorare l'efficacia della tecnologia in un'applicazione biologica.

Manipolare le cellule biologiche

Dopo la scuola di specializzazione, Anand è passato alla ricerca post-dottorato presso l'Università di Washington a Seattle, dove ha continuato a sviluppare la tecnologia ibrida elettrochimica-microfluidica, questa volta per isolare le cellule tumorali che circolano nel flusso sanguigno.

Questi studi hanno aiutato a sviluppare strategie per l'utilizzo di elettrodi bipolari wireless per manipolare le cellule biologiche.

Il lavoro di Anand con le cellule tumorali circolanti continua allo Iowa State. Il suo gruppo di ricerca ha anche lavorato allo sviluppo di una tecnologia correlata per un dispositivo per dialisi.

Finora, Anand afferma che i ricercatori hanno dimostrato che la tecnologia può rimuovere il fluido in eccesso dal sangue senza perdere proteine ​​​​del sangue significative.

Ma, lei disse, rimangono tre sfide principali:

• Il campo elettrico è abbastanza forte da danneggiare le cellule del sangue, quindi i ricercatori stanno cercando modi per tenere lontane le cellule da esso.
• Il processo deve essere ridimensionato per produrre 1 millilitro di fluido dal sangue al minuto. Ma la risposta non è semplicemente costruire dispositivi più grandi, perché ciò può causare vortici di fluido e instabilità del flusso.
• Uno dei materiali del dispositivo non è approvato per uso medico dalla Food and Drug Administration. così altro, i materiali già approvati devono essere testati.

Il team dello Stato dell'Iowa che lavora con Anand su queste sfide include Baskar Ganapathysubramanian, un professore associato di ingegneria meccanica; Beatrice Bersina, Joseph Banovetz e Sungu Kim, dottorandi; e Benjamin Rayborn, uno studente universitario. Con i ricercatori collabora anche Jacob Alexander, un medico della McFarland Clinic di Ames specializzato in malattie renali.

La ricerca è attualmente supportata dai fondi di avvio di Anand da Iowa State.

Spera che i ricercatori possano sviluppare una tecnologia che consentirà un indossabile, rene artificiale. Anand ha detto che mirano a evitare che sia troppo complesso o troppo costoso in modo che possa essere commercialmente rilevante e disponibile.

Sa che ci sono sfide future. Ma è motivata a portare avanti il ​​progetto.

"Questo è un campo piuttosto caldo e il finanziamento è competitivo, " Anand ha detto. "Ma, per questo particolare progetto, il mio obiettivo è aiutare mio fratello e scoprire cosa possiamo contribuire in modo univoco in questo campo".