Tester le sang de patients qui, selon les médecins, souffrent d'un déséquilibre électrolytique est généralement un effort majeur car divers tests sélectifs doivent être effectués. Les électrolytes sont certains nutriments ou produits chimiques dans le corps qui remplissent un certain nombre de fonctions importantes, comme la régulation du rythme cardiaque. Une perturbation de l'équilibre électrolytique peut être dangereuse. Les chercheurs travaillant dans le domaine de la chimie examinent les composés chimiques des électrolytes, qui sont en partie divisés en ions et conduisent les courants électriques. Remco Hartkamp, maître de conférences en physique chimique computationnelle au Département des procédés et de l'énergie, développé une nouvelle méthode, en collaboration avec des chercheurs du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France et des NTT Basic Research Laboratories au Japon, qui facilitera la mesure de la concentration de différents électrolytes dans le corps à l'aide d'un nanotransistor. Les résultats de la recherche ont été publiés ce mois-ci dans le Matériaux naturels :"Ionogramme sélectif de sérum sanguin sans couche basé sur des interactions spécifiques aux ions avec un nanotransistor."

Les chercheurs ont présenté ce qu'ils ont appelé un transistor à effet de champ à ions sélectifs « 0D » (ISFET), avec un capteur de seulement 25 nm, bien plus petit que les ISFET à nanofils conventionnels. Par rapport aux appareils actuellement disponibles, le 0D-ISFET a montré une réponse qualitativement différente aux changements de pH et une sensibilité beaucoup plus élevée à la présence d'électrolytes, permettant de détecter des électrolytes présents en très faibles concentrations. En combinant les expériences avec des simulations de dynamique moléculaire et la théorie de la liaison au site, de nouvelles connaissances ont été acquises. Spécifiquement, une approche théorique des tendances trouvées dans les mesures expérimentales a suggéré un additif, plutôt que compétitif, effet des électrolytes mixtes sur le potentiel électrique à l'interface solide-liquide. Par ailleurs, les simulations ont suggéré que la haute sensibilité du 0D-ISFET, notamment en ce qui concerne les ions divalents, peut être causé par un excès de cations adsorbés sur la surface solide chargée. Un tel surcriblage est attribué à une combinaison de corrélations électrostatiques et d'adsorption spécifique aux ions.

Le 0D-ISFET peut faciliter des tests de chevet beaucoup moins chers et plus faciles, avec seulement une petite quantité de sang nécessaire. Ces évolutions sont particulièrement importantes pour les patients qui subissent régulièrement des mesures ionographiques (pour hyperkaliémie ou insuffisance rénale) ou qui prennent des antidiabétiques, corticoïdes ou médicaments au lithium. Outre l'application envisagée dans l'analyse sanguine, acquérir une meilleure compréhension au niveau moléculaire de la spécificité des ions à l'interface solide-électrolyte est important pour une pléthore d'autres applications. Le mariage entre les expériences, les simulations et la théorie sont essentielles dans la quête de cette connaissance au niveau moléculaire. La présente étude collaborative a franchi des étapes importantes vers une analyse sanguine plus précise et polyvalente à faible coût et a amélioré la compréhension fondamentale de l'adsorption spécifique des ions. Indépendamment, il reste encore beaucoup à apprendre tant sur le plan fondamental qu'appliqué et d'autres études sont en cours pour compléter les données actuelles et s'appuyer sur les découvertes actuelles.