Att testa blodet hos patienter som läkare tror kan ha en elektrolytobalans är vanligtvis en stor insats eftersom olika selektiva tester måste utföras. Elektrolyter är vissa näringsämnen eller kemikalier i kroppen som utför ett antal viktiga funktioner, som att reglera hjärtslaget. En störning av elektrolytbalansen kan vara farlig. Forskare som arbetar inom kemi undersöker de kemiska föreningarna av elektrolyter, som delvis delas upp i joner och leder elektriska strömmar. Remco Hartkamp, anställningslärare i beräkningskemisk fysik vid Institutionen för process och energi, utvecklat en ny metod, tillsammans med forskare från Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Frankrike och NTT Basic Research Laboratories i Japan, det kommer att göra det lättare att mäta koncentrationen av olika elektrolyter i kroppen med hjälp av en nanotransistor. Resultaten av forskningen publicerades denna månad i Naturmaterial :"Selektivt skiktfritt blodserumjonogram baserat på jonspecifika interaktioner med en nanotransistor."

Forskarna presenterade vad de kallade en '0D' jonselektiv fälteffekttransistor (ISFET), med en sensor på bara 25 nm - mycket mindre än de konventionella nanotråd ISFET:erna. Jämfört med för närvarande tillgängliga enheter, 0D-ISFET visade ett kvalitativt annorlunda svar på förändringar i pH och en mycket högre känslighet för förekomst av elektrolyter, gör det möjligt att känna av elektrolyter som finns i mycket små koncentrationer. Genom att kombinera experimenten med molekylära dynamiksimuleringar och platsbindande teori, ny insikt förvärvades. Specifikt, ett teoretiskt förhållningssätt till trenderna i de experimentella mätningarna föreslog en tillsats, snarare än konkurrenskraftig, effekt av blandade elektrolyter på den elektriska potentialen vid fast-vätskegränssnittet. Vidare, simuleringar föreslog att den höga känsligheten för 0D-ISFET, särskilt med avseende på tvåvärda joner, kan orsakas av ett överskott av katjoner som adsorberar på den laddade fasta ytan. Sådan överskärmning tillskrivs en kombination av elektrostatiska korrelationer och jonspecifik adsorption.

0D-ISFET kan underlätta mycket billigare och enklare sängtestning, med bara en liten mängd blod som behövs. Denna utveckling är särskilt viktig för patienter som genomgår regelbundna jonogrammätningar (för hyperkalemi eller njurinsufficiens) eller som tar antidiabetika, kortikoid- eller litiummedicin. Bortsett från den tänkta tillämpningen i blodanalys, att få en förbättrad molekylär förståelse för jonspecificitet vid fast-elektrolytgränssnittet är viktigt för en uppsjö av andra applikationer. Äktenskapet mellan experiment, simuleringar och teori är avgörande för att få denna insikt på molekylär nivå. Den nuvarande samarbetsstudien har tagit viktiga steg mot mer exakt och mångsidig blodanalys till låg kostnad och har förbättrat den grundläggande förståelsen för jonspecifik adsorption. Oavsett, mycket mer ska läras både på den grundläggande och tillämpade sidan och ytterligare studier genomförs för att komplettera de nuvarande uppgifterna och bygga på de nuvarande resultaten.