À peu près au moment où Robbyn Anand a commencé à étudier les technologies de concentration et de séparation pour sa recherche doctorale, son frère aîné David a reçu un diagnostic d'insuffisance rénale terminale.

Une maladie auto-immune avait attaqué ses reins. Il devrait dépendre de la dialyse pour éliminer les déchets de son sang. Il a 37 ans maintenant et utilise du matériel domestique, mais la taille et le poids des machines ont toujours un impact sur sa vie.

« Comment puis-je aider dans cette situation ? » s'est interrogée Anand lors de ses études doctorales à l'Université du Texas à Austin de 2004 à 2010.

Les réponses potentielles se trouvaient là, dans un laboratoire de chimie du Texas. Anand, qui est professeur adjoint de chimie à l'Iowa State University depuis 2015, étudiait comment les champs électriques dans les minuscules canaux des dispositifs microfluidiques pourraient être utilisés pour concentrer et séparer les particules chargées.

Une application qu'elle a étudiée utilisait la technologie pour éliminer le sel de l'eau de mer.

Cela a conduit à une autre question :« Je me demande s'il existe un moyen d'utiliser cette technologie de dessalement pour aider mon frère ? »

Electrochimie pour le dessalement

Un article de 2013 co-écrit par Anand (l'auteur principal est Richard Crooks, professeur et titulaire de la chaire Robert A. Welch en chimie au Texas) décrit cette technologie de dessalement :

Aussi peu que 3 volts sont appliqués à une puce en verre et en plastique. La puce contient de minuscules canaux de la largeur d'un cheveu humain. L'eau de mer entre dans le canal principal et s'écoule vers une électrode à une jonction à double sens. Un champ électrique crée une zone d'épuisement des ions qui dirige le sel dans un sens et l'eau douce s'écoule dans l'autre sens.

Un communiqué de presse du Texas à l'époque a comparé le processus à un troll au pied d'un pont qui empêche le sel de traverser.

La technologie semble prometteuse car elle nécessite peu d'énergie, il n'y a pas de filtre ou de membrane à boucher et les coûts d'investissement sont faibles.

Bien, que se passe-t-il pendant la dialyse ?

Les machines prélèvent le sang d'une personne, enlever le sel, déchets et eau, puis restituer du sang pur.

Pourrait-il y avoir un moyen d'utiliser ce processus de dessalement à médiation électrochimique pour le faire ? Cela pourrait-il créer une technologie qui ne nécessite pas d'énormes et lourds réservoirs de liquide de dialyse ? Cela pourrait-il conduire à portable, appareils de dialyse à piles ?

Un autre projet a aidé Anand à explorer l'efficacité de la technologie dans une application biologique.

Manipuler des cellules biologiques

Après les études supérieures, Anand est passé à la recherche postdoctorale à l'Université de Washington à Seattle, où elle a continué à développer une technologie hybride électrochimique-microfluidique - cette fois pour isoler les cellules cancéreuses circulant dans le sang.

Ces études ont permis de développer des stratégies d'utilisation d'électrodes bipolaires sans fil pour manipuler des cellules biologiques.

Le travail d'Anand sur les cellules tumorales circulantes se poursuit dans l'Iowa State. Son groupe de recherche a également travaillé au développement d'une technologie connexe pour un appareil de dialyse.

Jusque là, Anand dit que les chercheurs ont démontré que la technologie peut éliminer l'excès de liquide du sang sans perdre d'importantes protéines sanguines.

Mais, elle a dit, il reste trois défis principaux :

• Le champ électrique est suffisamment puissant pour endommager les cellules sanguines, les chercheurs cherchent donc des moyens d'en éloigner les cellules.
• Le processus doit être étendu pour produire 1 millilitre de liquide à partir de sang par minute. Mais la réponse n'est pas simplement de construire des appareils plus gros, car cela peut provoquer des tourbillons de fluide et une instabilité de l'écoulement.
• L'un des matériaux de l'appareil n'est pas approuvé pour un usage médical par la Food and Drug Administration. Alors autre, les matériaux déjà approuvés doivent être testés.

L'équipe de l'Iowa State travaillant avec Anand sur ces défis comprend Baskar Ganapathysubramanian, un professeur agrégé de génie mécanique; Béatrice Berzina, Joseph Banovetz et Sungu Kim, doctorants; et Benjamin Rayborn, un étudiant de premier cycle. Collaborant également avec les chercheurs, Jacob Alexander, un médecin de la McFarland Clinic à Ames, spécialisé dans les maladies rénales.

La recherche est actuellement soutenue par les fonds de démarrage d'Anand de l'État de l'Iowa.

Elle espère que les chercheurs pourront développer une technologie qui permettra un portable, rein artificiel. Anand a déclaré qu'ils visaient à l'empêcher d'être trop complexe ou trop cher afin qu'il puisse être commercialement pertinent et disponible.

Elle sait qu'il y a des défis à relever. Mais elle est motivée pour faire avancer le projet.

"C'est un domaine assez chaud et le financement est compétitif, " Anand dit. " Mais, pour ce projet particulier, mon objectif est d'aider mon frère et de découvrir ce que nous pouvons apporter de manière unique dans ce domaine."