Analizzare il sangue di pazienti che i medici ritengono possano essere affetti da uno squilibrio elettrolitico è di solito uno sforzo importante perché devono essere eseguiti vari test selettivi. Gli elettroliti sono alcuni nutrienti o sostanze chimiche nel corpo che svolgono una serie di importanti funzioni, come la regolazione del battito cardiaco. Un'interruzione dell'equilibrio elettrolitico può essere pericolosa. I ricercatori che lavorano nel campo della chimica stanno esaminando i composti chimici degli elettroliti, che sono parzialmente scissi in ioni e conducono correnti elettriche. Remco Hartkamp, professore ordinario di fisica chimica computazionale presso il Dipartimento di Processi ed Energia, sviluppato un nuovo metodo, insieme ai ricercatori del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Francia e dei Laboratori di ricerca di base NTT in Giappone, ciò renderà più facile misurare la concentrazione di diversi elettroliti nel corpo utilizzando un nanotransistor. I risultati della ricerca sono stati pubblicati questo mese nel Materiali della natura :"Ionogramma di siero sanguigno senza strati selettivo basato su interazioni iono-specifiche con un nanotransistor."

I ricercatori hanno presentato quello che hanno chiamato un transistor ad effetto di campo ionoselettivo (ISFET) "0D", con un sensore di soli 25 nm, molto più piccolo dei tradizionali ISFET a nanofili. Rispetto ai dispositivi attualmente disponibili, lo 0D-ISFET ha mostrato una risposta qualitativamente diversa alle variazioni di pH e una sensibilità molto più elevata alla presenza di elettroliti, rendendo possibile rilevare gli elettroliti presenti in concentrazioni molto piccole. Combinando gli esperimenti con simulazioni di dinamica molecolare e teoria del legame al sito, è stata acquisita una nuova intuizione. Nello specifico, un approccio teorico alle tendenze riscontrate nelle misurazioni sperimentali ha suggerito un additivo, piuttosto che competitivo, effetto degli elettroliti misti sul potenziale elettrico all'interfaccia solido-liquido. Per di più, simulazioni hanno suggerito che l'elevata sensibilità dello 0D-ISFET, soprattutto per quanto riguarda gli ioni bivalenti, può essere causato da un eccesso di cationi che si adsorbono sulla superficie solida carica. Tale overscreening è attribuito a una combinazione di correlazioni elettrostatiche e adsorbimento ione-specifico.

Lo 0D-ISFET può facilitare i test al posto letto molto più economici e facili, con solo una piccola quantità di sangue necessaria. Questi sviluppi sono particolarmente importanti per i pazienti che si sottopongono a misurazioni ionografiche regolari (per iperkaliemia o insufficienza renale) o che assumono antidiabetici, farmaci corticoidi o al litio. A parte l'applicazione prevista nell'analisi del sangue, ottenere una migliore comprensione a livello molecolare della specificità ionica all'interfaccia solido-elettrolita è importante per una pletora di altre applicazioni. Il matrimonio tra esperimenti, simulazioni e teoria è fondamentale nella ricerca per ottenere questa visione a livello molecolare. Il presente studio collaborativo ha compiuto importanti passi avanti verso un'analisi del sangue più accurata e versatile a basso costo e ha migliorato la comprensione fondamentale dell'adsorbimento specifico dello ione. Indipendentemente, c'è ancora molto da imparare sia sul lato fondamentale che su quello applicato e sono in corso ulteriori studi per integrare i dati attuali e basarsi sui risultati attuali.