Mais ou menos na época em que Robbyn Anand começou a estudar tecnologias de concentração e separação para sua pesquisa de doutorado, seu irmão mais velho, David, foi diagnosticado com insuficiência renal em estágio terminal.

Uma doença auto-imune havia atacado seus rins. Ele teria que depender de diálise para limpar os resíduos de seu sangue. Ele agora tem 37 anos e usa equipamentos domésticos, mas o tamanho e o peso do maquinário ainda impacta sua vida.

"Como posso ajudar nessa situação?" Anand se perguntou durante seus estudos de doutorado na Universidade do Texas em Austin, de 2004 a 2010.

As respostas potenciais estavam ali mesmo em um laboratório de química do Texas. Anand, que é professor assistente de química na Iowa State University desde 2015, estava investigando como os campos elétricos dentro dos minúsculos canais de dispositivos microfluídicos poderiam ser usados ​​para concentrar e separar partículas carregadas.

Um aplicativo que ela estudou usava a tecnologia para remover o sal da água do mar.

Isso levou a outra pergunta:"Será que há uma maneira de usar essa tecnologia de dessalinização para ajudar meu irmão?"

Eletroquímica para dessalinização

Um artigo de 2013 com coautoria de Anand (o autor principal é Richard Crooks, professor e Robert A. Welch, Cátedra de Química no Texas) descreve essa tecnologia de dessalinização:

Apenas 3 volts são aplicados a um chip feito de vidro e plástico. O chip contém canais minúsculos da largura de um fio de cabelo humano. A água do mar entra no canal principal e flui para um eletrodo em uma junção de duas vias. Um campo elétrico cria uma zona de depleção de íons que direciona o sal para um lado e a água doce flui para o outro.

Um comunicado à imprensa do Texas na época comparou o processo a um troll ao pé de uma ponte que bloqueia a passagem do sal.

A tecnologia parece promissora porque requer pouca energia, não há filtro ou membrana para entupir e os custos de capital são pequenos.

Nós vamos, o que acontece durante a diálise?

As máquinas tiram sangue de uma pessoa, remova o sal, resíduos e água, em seguida, devolva sangue limpo.

Poderia haver uma maneira de usar esse processo de dessalinização mediada eletroquimicamente para fazer isso? Isso poderia criar uma tecnologia que não requer reservatórios enormes e pesados ​​de fluido de diálise? Isso poderia levar a vestível, dispositivos de diálise alimentados por bateria?

Outro projeto ajudou Anand a explorar a eficácia da tecnologia em uma aplicação biológica.

Manipulando células biológicas

Após a pós-graduação, Anand passou para a pesquisa de pós-doutorado na Universidade de Washington em Seattle, onde ela continuou a desenvolver a tecnologia híbrida eletroquímica-microfluídica - desta vez para isolar as células cancerosas que circulam na corrente sanguínea.

Esses estudos ajudaram a desenvolver estratégias para o uso de eletrodos bipolares sem fio para manipular células biológicas.

O trabalho de Anand com células tumorais circulantes continua no estado de Iowa. Seu grupo de pesquisa também trabalhou para desenvolver tecnologia relacionada para um dispositivo de diálise.

Até aqui, Anand diz que os pesquisadores demonstraram que a tecnologia pode remover o excesso de fluido do sangue sem perder proteínas significativas do sangue.

Mas, ela disse, três desafios principais permanecem:

• O campo elétrico é forte o suficiente para danificar as células do sangue, portanto, os pesquisadores estão procurando maneiras de manter as células longe dele.
• O processo precisa ser ampliado para produzir 1 mililitro de fluido do sangue por minuto. Mas a resposta não é simplesmente construir dispositivos maiores, porque isso pode causar redemoinhos de fluido e instabilidade de fluxo.
• Um dos materiais do dispositivo não foi aprovado para uso médico pela Food and Drug Administration. Então, outro, os materiais já aprovados precisam ser testados.

A equipe do estado de Iowa que trabalha com Anand nesses desafios inclui Baskar Ganapathysubramanian, um professor associado de engenharia mecânica; Beatrise Berzina, Joseph Banovetz e Sungu Kim, alunos de doutorado; e Benjamin Rayborn, um estudante de graduação. Também colaborando com os pesquisadores está Jacob Alexander, um médico da Clínica McFarland em Ames, especializado em doenças renais.

A pesquisa é atualmente financiada por fundos de inicialização de Anand do estado de Iowa.

Ela espera que os pesquisadores possam desenvolver tecnologia que possibilite um wearable, rim artificial. Anand disse que pretendem evitar que seja muito complexo ou muito caro para que possa ser comercialmente relevante e disponível.

Ela sabe que há desafios pela frente. Mas ela está motivada para avançar o projeto.

"Este é um campo muito quente e o financiamento é competitivo, "Anand disse." Mas, para este projeto em particular, meu objetivo é ajudar meu irmão e descobrir o que podemos contribuir de forma única para este campo. "