血液中の電解質濃度測定が容易な革新的なナノトランジスタ

Anonim

医師が電解質の不均衡に苦しんでいると信じている患者の血液を検査することは、様々な選択的検査が行われなければならないため、通常は大きな努力である。 電解質は、心臓の鼓動を調節するなど、いくつかの重要な機能を果たす体内の特定の栄養素または化学物質です。 電解質バランスの乱れは危険です。 化学分野で働く研究者は、部分的にイオンに分割され、電流を伝導する電解質の化合物を調べている。 Remo Hartkampは、プロセスエネルギー省の計算化学物理学のテニュアトラック講師で、フランス国立中央研究所(CNRS)と日本のNTT基礎研究所の研究者とともに、新しい方法を開発しました。ナノトランジスタを使用して体内の異なる電解質の濃度を測定することを容易にする。 今回の研究成果は、 Nature Materialsに 掲載されました。「ナノ・トランジスタとのイオン特異的相互作用に基づく選択的な層のない血液血清イオノグラム」

研究者らは、従来のナノワイヤISFETよりもはるかに小さい25nmのセンサを備えた、「0D」イオン選択性電界効果トランジスタ(ISFET)と呼ばれるものを提示した。 現在利用可能なデバイスと比較して、0D-ISFETは、pHの変化および電解質の存在に対する感度がはるかに高い定性的に異なる応答を示し、非常に低い濃度で存在する電解質を検出することを可能にする。 分子動力学シミュレーションとサイト結合理論との実験を組み合わせると、新しい洞察が得られました。 具体的には、実験測定で見出された傾向に対する理論的アプローチは、混合液の固体 - 液体界面における電位に及ぼす競争的ではなく、相加的な効果を示唆した。 さらに、0D-ISFETの高感度、特に二価イオンに対する高感度は、荷電した固体表面上に吸着する過剰の陽イオンによって引き起こされる可能性があることを示唆している。 このようなオーバースクリーン処理は、静電相関とイオン特異的吸着との組み合わせに起因する。

0D-ISFETは、ほんの少量の血液を必要とするだけで、ずっと安価で簡単なベッドサイドテストを容易にすることができます。 これらの開発は、定期的なイオノグラム測定(高カリウム血症または腎不全のため)を受ける患者、または抗糖尿病薬、コルチコイド薬またはリチウム薬を服用する患者にとって特に重要である。 血液分析における想定された応用とは別に、固体電解質界面でのイオン特異性の分子レベルでの理解を得ることは、他の多くの用途にとって重要である。 実験、シミュレーション、理論の結びつきは、この分子レベルの洞察を得るための重要な要素です。 本共同研究は、低コストでより正確で汎用性の高い血液分析に向けて重要なステップを踏み出し、イオン特異的吸着の基本的な理解を向上させました。 いずれにしても、基本と応用の両面でより多くのことを学び、現在のデータを補完し、現在の知見を基にしたさらなる研究が行われています。

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