Het testen van het bloed van patiënten waarvan artsen denken dat ze mogelijk lijden aan een verstoorde elektrolytenbalans, is meestal een grote inspanning omdat er verschillende selectieve tests moeten worden uitgevoerd. Elektrolyten zijn bepaalde voedingsstoffen of chemicaliën in het lichaam die een aantal belangrijke functies vervullen, zoals het reguleren van de hartslag. Een verstoring van de elektrolytenhuishouding kan gevaarlijk zijn. Onderzoekers die werkzaam zijn op het gebied van chemie onderzoeken de chemische verbindingen van elektrolyten, die gedeeltelijk in ionen zijn gesplitst en elektrische stromen geleiden. Remco Hartkamp, tenure-track docent computational chemical physics bij de vakgroep Process &Energy, een nieuwe methode ontwikkeld, samen met onderzoekers van het Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Frankrijk en de NTT Basic Research Laboratories in Japan, dat maakt het gemakkelijker om de concentratie van verschillende elektrolyten in het lichaam te meten met behulp van een nanotransistor. De resultaten van het onderzoek zijn deze maand gepubliceerd in de Natuurmaterialen :"Selectief laagvrij bloedserumionogram op basis van ion-specifieke interacties met een nanotransistor."

De onderzoekers presenteerden wat zij een '0D' ion-selectieve veldeffecttransistor (ISFET) noemden, met een sensor van slechts 25 nm - veel kleiner dan de conventionele nanodraad-ISFET's. In vergelijking met momenteel beschikbare apparaten, de 0D-ISFET vertoonde een kwalitatief andere respons op veranderingen in pH en een veel hogere gevoeligheid voor de aanwezigheid van elektrolyten, waardoor het mogelijk wordt om elektrolyten te detecteren die in zeer kleine concentraties aanwezig zijn. Door de experimenten te combineren met simulaties van moleculaire dynamica en site-bindingstheorie, nieuw inzicht gekregen. specifiek, een theoretische benadering van de trends gevonden in de experimentele metingen suggereerde een additief, in plaats van competitief, effect van gemengde elektrolyten op de elektrische potentiaal op het grensvlak vast-vloeistof. Verder, simulaties suggereerden dat de hoge gevoeligheid van de 0D-ISFET, vooral met betrekking tot tweewaardige ionen, kan worden veroorzaakt door een overmaat aan kationen die op het geladen vaste oppervlak adsorberen. Een dergelijke overscreening wordt toegeschreven aan een combinatie van elektrostatische correlaties en ion-specifieke adsorptie.

De 0D-ISFET kan veel goedkopere en eenvoudigere testen aan het bed mogelijk maken, met slechts een kleine hoeveelheid bloed nodig. Deze ontwikkelingen zijn vooral belangrijk voor patiënten die regelmatig ionogrammetingen ondergaan (voor hyperkaliëmie of nierinsufficiëntie) of die antidiabetica, corticoïde of lithiummedicatie. Naast de beoogde toepassing in bloedanalyse, het verkrijgen van een beter begrip op moleculair niveau van de ionenspecificiteit op het vaste-elektrolyt-interface is belangrijk voor een overvloed aan andere toepassingen. Het huwelijk tussen experimenten, simulaties en theorie is cruciaal in de zoektocht naar het verkrijgen van dit inzicht op moleculair niveau. De huidige gezamenlijke studie heeft belangrijke stappen gezet in de richting van een nauwkeurigere en veelzijdigere bloedanalyse tegen lage kosten en heeft het fundamentele begrip van ion-specifieke adsorptie verbeterd. Achteloos, er valt nog veel meer te leren, zowel aan de fundamentele als aan de toegepaste kant, en er wordt verder onderzoek gedaan om de huidige gegevens aan te vullen en voort te bouwen op de huidige bevindingen.