Svelato un 'segreto' del comportamento dell'acqua alla nanoscala | Chimici.info

Svelato un ‘segreto’ del comportamento dell’acqua alla nanoscala

wpid-22525_nanoscala.jpg
image_pdf

Nuotare in una piscina riempita di miele: è la sensazione che deve “provare” una molecola di acqua entro pochi nanometri da una superficie solida, cioè quando si considerano distanze circa 10 mila volte più piccole del diametro di un capello. Il fenomeno si definisce scientificamente come “nanoconfinamento”, e consiste sostanzialmente nella riduzione di mobilità dell’acqua in prossimità di superfici alla nanoscala, a causa delle forze attrattive elettrostatiche e di van der Waals, predominanti a quelle scale.

Oggi, per la prima volta, uno studio in parte italiano è riuscito a dare un’interpretazione fisica e una quantificazione di questo fenomeno. La ricerca, pubblicata su Nature Communications, è stata realizzata dagli ingegneri meccanici del Dipartimento energia del Politecnico di Torino, in collaborazione con lo Houston Methodist Research Institute. Le conseguenze di questa scoperta, secondo i ricercatori, saranno significative in diversi ambiti, da quello energetico alla nanomedicina.

Per fornire questa inedita interpretazione, gli studiosi hanno sviluppato un modello che mette in relazione le caratteristiche geometriche, chimiche e fisiche di una qualsiasi superficie nanoconfinante, come proteine, nanotubi di carbonio, nanopori di silice, nanoparticelle ferrose, alla proprietà di “supercooling” dell’acqua, ovvero ad uno stato simile a quello liquido che permane anche a temperature ben inferiori a 0° centigradi, nel caso in cui ci si trovi in prossimità di superfici alla nanoscala.

Lo studio è il frutto di due anni di ricerche, con esperimenti sia svolti in silico (cioè al computer) che in vitro (cioè in laboratorio). I ricercatori autori dello studio sono Eliodoro Chiavazzo, Matteo Fasano e Pietro Asinari del Multi-Scale Modelling Lab del Dipartimento energia del Polito, e Paolo Decuzzi del Center for the Rational Design of Multifunctional Nanoconstructs dello Houston Methodist Research Institute.

La scoperta permette, secondo gli autori, immediati effetti nell’ottimizzazione e progettazione di tecnologie innovative in una vasta gamma di ambiti: si va dalla fisica tecnica, come ad esempio per la realizzazione di nanofluidi formati da acqua e nanoparticelle per lo scambio termico ad elevate prestazioni; all’energia sostenibile, per produrre batterie termiche che utilizzano acqua nanoassorbita per accumulare calore, fino al rilevamento e rimozione di inquinanti nell’acqua, ad esempio tramite “nanofiltri” molecolari.

Tuttavia, è sicuramente la nanomedicina, in particolare applicata alle risonanze magnetiche, il ramo di applicazione che appare più ricco di possibilità in seguito alla scoperta. Uno dei maggiori contributi nell’aumento di prestazioni dell’esame proviene dagli agenti di contrasto, sostanze che, se introdotte nel paziente, rendono maggiormente visibili i dettagli dei tessuti in cui tendono a depositarsi, aumentando così il contrasto dell’immagine ottenuta dallo scanner. La ricerca ha permesso di spiegare l’aumento di prestazioni degli agenti di contrasto che si basano sul nanoconfinamento dell’acqua, in fase di sviluppo e test in vivo presso lo Houston Methodist Research Institute, rispetto a quelli già presenti sul mercato. Tale ricerca pone le basi per progettare nuove soluzioni ad oggi inesplorate, ad esempio, per migliorare la qualità delle immagini ottenute tramite risonanza magnetica, offrendo quindi la potenzialità di diagnosi più accurate e precoci per milioni di pazienti ogni anno.

Sempre lo stesso team sta effettuando ulteriori ricerche sulla possibilità di realizzare “nano-trasportatori” polimerici o di silicio contenenti agenti di contrasto ferrosi, che non solo migliorerebbero la nitidezza delle immagini da risonanza magnetica, ma allo stesso tempo permetterebbero di accumularsi specificatamente nella zona affetta da patologia, grazie alla guida magnetica esterna. Accumulo che rende poi possibile un rilascio controllato di agenti terapeutici oppure un trattamento ipertermico localizzato, offrendo così un approccio “teragnostico” alla lotta contro il cancro, cioè contemporaneamente terapeutico e diagnostico.

Copyright © - Riproduzione riservata
Svelato un ‘segreto’ del comportamento dell’acqua alla nanoscala Chimici.info