Testar o sangue de pacientes que os médicos acreditam estar sofrendo de desequilíbrio eletrolítico costuma ser um grande esforço, porque vários testes seletivos devem ser realizados. Eletrólitos são certos nutrientes ou produtos químicos no corpo que realizam uma série de funções importantes, como regular os batimentos cardíacos. A interrupção do equilíbrio eletrolítico pode ser perigosa. Pesquisadores que trabalham na área de química estão examinando os compostos químicos de eletrólitos, que são parcialmente divididos em íons e conduzem correntes elétricas. Remco Hartkamp, professor titular de física química computacional no Departamento de Processo e Energia, desenvolveu um novo método, junto com pesquisadores do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) na França e do NTT Basic Research Laboratories no Japão, isso tornará mais fácil medir a concentração de diferentes eletrólitos no corpo usando um nanotransistor. Os resultados da pesquisa foram publicados este mês no Materiais da Natureza :"Ionograma seletivo de soro sanguíneo livre de camada baseado em interações específicas de íons com um nanotransistor."

Os pesquisadores apresentaram o que chamaram de transistor de efeito de campo seletivo de íons '0D' (ISFET), com um sensor de apenas 25 nm - muito menor do que os ISFETs de nanofios convencionais. Em comparação com os dispositivos disponíveis atualmente, o 0D-ISFET mostrou uma resposta qualitativamente diferente às mudanças no pH e uma sensibilidade muito maior à presença de eletrólitos, tornando possível detectar eletrólitos que estão presentes em concentrações muito pequenas. Combinando os experimentos com simulações de dinâmica molecular e teoria de ligação de sites, um novo insight foi adquirido. Especificamente, uma abordagem teórica das tendências encontradas nas medições experimentais sugeriu um aditivo, ao invés de competitivo, efeito da mistura de eletrólitos no potencial elétrico na interface sólido-líquido. Além disso, simulações sugeriram que a alta sensibilidade do 0D-ISFET, especialmente com respeito a íons divalentes, pode ser causado por um excesso de adsorção de cátions na superfície sólida carregada. Essa sobre-seleção é atribuída a uma combinação de correlações eletrostáticas e adsorção específica de íons.

O 0D-ISFET pode facilitar testes de cabeceira muito mais baratos e fáceis, com apenas uma pequena quantidade de sangue necessária. Esses desenvolvimentos são particularmente importantes para pacientes que se submetem a medições regulares de ionograma (para hipercalemia ou insuficiência renal) ou que tomam antidiabéticos, medicamentos corticóides ou de lítio. Além da aplicação prevista em análises de sangue, obter uma compreensão melhorada em nível molecular da especificidade do íon na interface do eletrólito sólido é importante para uma infinidade de outras aplicações. O casamento entre experimentos, as simulações e a teoria são fundamentais na busca por obter esse insight em nível molecular. O presente estudo colaborativo deu passos importantes para uma análise de sangue mais precisa e versátil a baixo custo e melhorou a compreensão fundamental da adsorção específica de íons. Sem considerar, muito mais deve ser aprendido tanto do lado fundamental quanto aplicado, e estudos adicionais estão sendo realizados para complementar os dados presentes e construir sobre as descobertas atuais.