In Eindhoven is een wegwerp-microsensor ontwikkeld die tijdens nierdialyses het natriumgehalte van het dialysaat kan monitoren. Je kunt er mee voorkomen dat je minder of juist meer natrium uit het bloed van de patiënt trekt dan goed voor hem is, schrijft Manoj Sharma in zijn proefschrift.

Technisch moet je deze sensor bovendien ver genoeg kunnen miniaturiseren om te passen in de ‘draagbare kunstnier’ waar de Nierstichting al jaren voor ijvert.

Tijdens zo’n dialyse stel je ionconcentraties opnieuw af door het bloed, via een membraan, ionen te laten uitwisselen met dialysaatvloeistof. Dat is een standaardprocedure en de vloeistof bevat gewoonlijk standaardconcentraties die zijn aangepast aan de bloedwaarden van een standaardpatiënt. Wijken die om de een of andere reden sterk af van het gemiddelde als je aan de dialyse begint, dan kan de patiënt in kwestie dus problemen krijgen.

Aan de veranderende zoutconcentraties in het dialysaat kun je in principe aflezen hoe de procedure verloopt. Tot nu toe is realtime chemische analyse ondoenlijk en meet men alleen de verandering in totale elektrische geleiding, als ruwe indicatie. Maar Sharma’s sensor meet voor het eerst selectief bepaalde ionen. Om te beginnen Na⁺, maar het meetprincipe zou ook op K⁺ of Ca²⁺ toepasbaar moeten zijn.

Dat principe heet photoinduced electron transfer (PET). Je gebruikt een molecuul waarvan het ene uiteinde werkt als fluorofoor (en dus kan fluoresceren), en het andere als ionofoor die een bepaald ion kan binden. De combinatie is zo ontworpen dat lichtenergie, die door de fluorofoor wordt ingevangen, bij voorkeur wordt gebruikt om een elektron intern over te dragen aan het ionofore uiteinde. Dan zie je nauwelijks fluorescentie. Maar als de ionofoor eerder al een ion heeft ingevangen wordt die elektronenoverdracht energetisch minder aantrekkelijk en gaat alle energie wél in fluorescentie zitten.

Een PET-molecuul dat op Na⁺ reageert was al eerder in de literatuur beschreven. Sharma liet een voorraadje synthetiseren bij de universitaire spin-off SyMO-Chem, en liet er meteen een extra COOH-groep aan zetten zodat hij de moleculen gemakkelijk kon vastleggen op een oppervlak.

Dat oppervlak is het inwendige van een meetcel, gegoten uit PDMS-siliconenrubber dat je achteraf functionaliseert met NH₂-groepen om die COOH aan vast te leggen. Er zit een centraal vloeistofkanaal in met een diameter van 0,2 mm, met een aantal micropilaartjes die puur dienen om het oppervlak te vergroten waarop je PET-moleculen kwijt kunt. Haaks op de stroming zitten optische vezels ingegoten in het rubber, om laserlicht in de stroom te kunnen pompen en de uitgaande fluorescentie te kunnen opvangen.

De onlangs op de website van IEEE Sensors gepresenteerde sensor is hooguit een proof of concept. Hij werkt wel, maar het gebruikte oplosmiddel is geen water maar acetonitril en de PET-moleculen raken al verzadigd bij 20 mM Na⁺, een ordegrootte te laag om aan dialysaat te kunnen meten. Maar Sharma gaat er van uit dat dat een kwestie is van betere PET-moleculen ontwerpen.

bron: TU/e