Ungefär då Robbyn Anand började studera koncentration och separationsteknik för sin doktorandforskning, hennes äldre bror David fick diagnosen njursvikt i slutskedet.

Ett autoimmunt tillstånd hade attackerat hans njurar. Han måste vara beroende av dialys för att rensa avfall från hans blod. Han är 37 nu och använder hemutrustning, men maskinens storlek och vikt påverkar fortfarande hans liv.

"Hur hjälper jag till med den situationen?" Anand frågade sig själv under sina doktorandstudier vid University of Texas i Austin från 2004 till 2010.

Potentiella svar fanns just där i ett kemilaboratorium i Texas. Anand, som har varit biträdande professor i kemi vid Iowa State University sedan 2015, undersökte hur elektriska fält i de små kanalerna för mikrofluidiska enheter kan användas för att koncentrera och separera laddade partiklar.

En applikation hon studerade använde tekniken för att ta bort salt från havsvatten.

Det ledde till en annan fråga:"Jag undrar om det finns ett sätt att använda denna avsaltningsteknik för att hjälpa min bror?"

Elektrokemi för avsaltning

Ett papper från 2013 medförfattare av Anand (huvudförfattaren är Richard Crooks, professor och Robert A. Welch Chair i kemi i Texas) beskriver den avsaltningstekniken:

Så lite som 3 volt appliceras på ett chip tillverkat av glas och plast. Chippet innehåller små kanaler bara bredden på ett människohår. Havsvatten går i huvudkanalen och rinner till en elektrod vid en tvåvägskryssning. Ett elektriskt fält skapar en jonutarmningszon som leder salt åt ett håll och sötvatten rinner åt andra hållet.

Ett pressmeddelande från Texas vid den tiden liknade processen med ett troll vid foten av en bro som hindrar salt från att gå över.

Tekniken ser lovande ut eftersom den kräver lite energi, det finns inget filter eller membran att täppa till och kapitalkostnaderna är små.

Väl, vad händer under dialys?

Maskiner tar blod från en person, ta bort salt, avfall och vatten, returnera sedan rent blod.

Kan det finnas ett sätt att använda denna elektrokemiskt medierade avsaltningsprocess för att göra det? Kan det skapa teknik som inte kräver stora och tunga reservoarer av dialysvätska? Kan det leda till bärbara, batteridrivna dialysenheter?

Ett annat projekt hjälpte Anand att utforska teknikens effektivitet i en biologisk applikation.

Manipulera biologiska celler

Efter forskarskolan, Anand gick vidare till postdoktoral forskning vid University of Washington i Seattle, där hon fortsatte att utveckla hybrid elektrokemisk-mikrofluid teknik-denna gång för att isolera cancerceller som cirkulerar i blodomloppet.

Dessa studier hjälpte till att utveckla strategier för att använda trådlösa bipolära elektroder för att manipulera biologiska celler.

Anands arbete med cirkulerande tumörceller fortsätter i Iowa State. Hennes forskargrupp har också arbetat med att utveckla relaterad teknik för en dialysenhet.

Än så länge, Anand säger att forskarna har visat att tekniken kan ta bort överflödig vätska från blod utan att förlora betydande blodproteiner.

Men, Hon sa, tre primära utmaningar återstår:

• Det elektriska fältet är tillräckligt starkt för att skada blodkroppar, så forskare letar efter sätt att hålla celler borta från det.
• Processen måste skalas upp för att producera 1 milliliter vätska från blod per minut. Men svaret bygger inte bara på större enheter, eftersom det kan orsaka vätskevirvlar och flödesinstabilitet.
• Ett av materialen i enheten är inte godkänt för medicinsk användning av Food and Drug Administration. Så andra, redan godkända material måste testas.

Iowa State -teamet som arbetar med Anand om dessa utmaningar inkluderar Baskar Ganapathysubramanian, docent i maskinteknik; Beatrise Berzina, Joseph Banovetz och Sungu Kim, doktorander; och Benjamin Rayborn, en grundstudent. Jacob Alexander samarbetar också med forskarna. en läkare vid McFarland Clinic i Ames som specialiserat sig på njursjukdomar.

Forskningen stöds för närvarande av Anands startmedel från Iowa State.

Hon hoppas att forskarna kan utveckla teknik som möjliggör en bärbar, artificiell njure. Anand sa att de syftar till att hålla det från att vara för komplext eller för dyrt så att det kan vara kommersiellt relevant och tillgängligt.

Hon vet att det finns utmaningar framöver. Men hon är motiverad att gå vidare med projektet.

"Det här är ett ganska hett område och finansieringen är konkurrenskraftig, "Anand sa." Men, för just detta projekt, mitt mål är att hjälpa min bror och ta reda på vad vi unikt kan bidra till detta område. "