Los ingenieros mecánicos del Departamento de Energía del Politecnico di Torino y del Departamento de Imágenes Traslacionales del Instituto de Investigación Metodista de Houston han modelado y proporcionado una visión novedosa de las sorprendentes propiedades del agua a nanoescala. incluso si muchas otras características intrigantes del agua aún están lejos de ser completamente reveladas. Una amplia gama de aplicaciones tecnológicas pueden beneficiarse de estos hallazgos, de la ingeniería al campo biomédico, como se muestra recientemente en un artículo científico publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

Nadar en una piscina de miel. Esa es la sensación que debe "sentir" una molécula de agua al acercarse a una superficie sólida en un nanómetro (es decir, menos de una diezmilésima parte del diámetro del cabello). La reducción de la movilidad del agua en las proximidades de superficies a nanoescala es el conocido fenómeno de "nanoconfinamiento". y se debe a las fuerzas de atracción electrostáticas y de van der Waals que gobiernan las interacciones de la materia a esa escala.

En este contexto, científicos del Politecnico di Torino y del Houston Methodist Research Institute han dado un paso más adelante, formulando un modelo cuantitativo y una interpretación física capaz de predecir el efecto del nanoconfinamiento en un marco bastante general. En particular, características geométricas y químicas, así como las condiciones físicas de diversas superficies nanoconfinadoras (por ejemplo, proteínas, nanotubos de carbon, nanoporos de sílice o nanopartículas de óxido de hierro) se han relacionado cuantitativamente con la reducción de la movilidad y las condiciones de "sobreenfriamiento" del agua, a saber, la persistencia del agua en estado líquido a temperaturas muy por debajo de 0 ° C, cuando está cerca de una superficie sólida.

Este resultado se ha logrado después de dos años de actividades in silico (es decir, basadas en computadora) e in vitro (es decir, impulsadas por experimentos) por Eliodoro Chiavazzo, Matteo Fasano, Pietro Asinari (Laboratorio de modelado multiescala, Departamento de Energía del Politecnico di Torino) y Paolo Decuzzi (Centro para el Diseño Racional de Nanoconstrucciones Multifuncionales en el Instituto de Investigación Metodista de Houston).

Este estudio pronto encontrará aplicaciones en la optimización y el diseño racional de una amplia variedad de tecnologías novedosas que van desde la física aplicada (por ejemplo, "nanofluidos", suspensiones hechas de agua y nanopartículas para mejorar la transferencia de calor) a energía sostenible (por ejemplo, almacenamiento térmico basado en agua nanoconfinada dentro de materiales absorbentes); desde la detección y eliminación de contaminantes del agua (por ejemplo, tamices moleculares) hasta la nanomedicina.

Este último es el campo en el que la investigación ha encontrado una primera aplicación importante. Todos los años, se realizan casi sesenta millones de imágenes por resonancia magnética (IRM), con fines de diagnóstico. En la última decada, La tecnología de resonancia magnética se benefició de varios avances científicos importantes, lo que permitió imágenes más precisas y nítidas de tejidos patológicos. Entre otros, Los agentes de contraste (es decir, sustancias utilizadas para mejorar el contraste de estructuras o fluidos dentro del cuerpo) contribuyeron de manera importante a mejorar el rendimiento de la resonancia magnética.

Esta actividad investigadora ha sabido explicar y predecir el aumento de los rendimientos de la resonancia magnética debido a los agentes de contraste nanoconfinados, que se encuentran actualmente en desarrollo en el Instituto de Investigación Metodista de Houston. Por eso, el descubrimiento allana el camino para seguir aumentando la calidad de las imágenes de resonancia magnética, para posiblemente mejorar las posibilidades de una detección más temprana y precisa de enfermedades en millones de pacientes, todos los años.

Próximamente se publicarán resultados y aplicaciones adicionales del efecto del nanoconfinamiento en la nanomedicina, gracias a una colaboración multidisciplinar entre biomédicos (Metodista de Houston), ingeniería (Politecnico di Torino) y química (Universidad de Rice, Houston – TX) grupos de investigación. En particular, Actualmente se están investigando agentes de contraste de óxido de hierro cargados en nanovectores poliméricos o de silicio, porque primero pueden concentrarse magnéticamente en tejidos humanos enfermos y luego emplearse para mejorar el rendimiento de la resonancia magnética. Es más, tales nanoconstrucciones poseen propiedades teranósticas, lo que significa que se pueden utilizar con fines de diagnóstico (es decir, resonancia magnética) y terapéuticos (es decir, liberación de fármacos activada por temperatura o tratamientos de hipertermia) al mismo tiempo, que es un paso adelante significativo en la guerra contra el cáncer.