Wissenschaftler vom Politecnico di Torino ( Turin, Italien ) und Houston Methodist Research Institute ( Houston, USA ) haben gerade auf Nature Communications im Nanobereich in der Nähe von Festkörperoberflächen vorgeschlagen, einen neuartigen Verständnis der unerwarteten Eigenschaften des Wassers . Rationeller gestaltet Kontrastmittel für die Kernspintomographie verbesserte Leistungen sind die ersten Anwendungen der Entdeckung .
Maschinenbau- Ingenieure aus beiden Energieministerium am Politecnico di Torino und Translational Imaging Abteilung Houston Methodist Research Institute haben modelliert und ein neuer Einblick in die überraschende Wassereigenschaften im Nanobereich , auch wenn viele andere faszinierende Wassereigenschaften sind noch weit vollständig enthüllt werden . Ein breites Spektrum an technologischen Anwendungen können aus diesen Erkenntnissen vom Engineering bis zur biomedizinischen Bereich profitieren , wie kürzlich in einer wissenschaftlichen Arbeit auf Nature Communications veröffentlicht gezeigt .
Schwimmen in einem Pool Honig . Das ist das Gefühl, ein Wassermolekül sollte "Gefühl" beim Anflug auf eine feste Oberfläche in einem Nanometer (dh weniger als einem Zehntausendstel des Haardurchmessers) . Die Reduktion der Wassermobilität in der unmittelbarer Nähe von Oberflächen im Nanobereich ist das bekannte Phänomen der " nanoconfinement " und aufgrund sowohl elektrostatischen und Van-der -Waals- Anziehungskräfte herrschenden Wechselwirkungen Materie auf dieser Skala ist .
In diesem Zusammenhang haben Wissenschaftler Politecnico di Torino und Houston Methodist Research Institute haben einen weiteren Schritt nach vorn, durch die Formulierung eines quantitativen Modells und eine physikalische Interpretation der Lage vorherzusagen, die nanoconfinement Wirkung in einem eher allgemeinen Rahmen übernommen. Insbesondere geometrischen und chemischen Eigenschaften sowie die physikalischen Bedingungen der verschiedenen nanoconfining Oberflächen (zB Proteine , Kohlenstoff-Nanoröhren , Nanoporen Kieselsäure oder Eisenoxid-Nanopartikel ) wurden quantitativ in Mobilitätsreduzierung und " Unterkühlung " Bedingungen von Wasser , nämlich das Fortbestehen der im Zusammenhang mit Wasser in einem flüssigen Zustand bei Temperaturen weit unter 0
Dieses Ergebnis wurde nach zwei Jahren in silico wurde (dh computer-based) und in vitro (dh Versuch gesteuert) Aktivitäten Eliodoro Chiavazzo , Matteo Fasano, Pietro Asinari ( Multi-Scale Modellierung Lab , Department of Energy an Politecnico di Torino erreicht ) und Paolo Decuzzi (Zentrum für das rationale Design von Multifunktionale Nanokonstrukte in Houston Methodist Research Institute) .
Diese Studie könnte bald finden Anwendungen in der Optimierung und rationale Design von einer Vielzahl von neuartigen Technologien im Bereich von angewandter Physik (zB " Nanofluide " , Suspensionen aus Wasser und Nanopartikeln zur Steigerung der Wärmeübertragung ), um nachhaltige Energie (zB Wärmespeicher auf Basis von nanoconfined Wasser innerhalb Sorptionsmittel ); von Erkennung und Entfernung von Schadstoffen aufgrund Wasser (zB Molekularsiebe ), um den Bereich Nanomedizin .
Letzteres ist der Bereich , wo die Forschung hat in der Tat eine erste wichtige Anwendung gefunden. Jedes Jahr werden fast sechzig Millionen von Magnetresonanztomographie ( MRI ) Scans durchgeführt werden, mit der Diagnose. In den letzten zehn Jahren profitiert MRT-Technologie aus verschiedenen bedeutenden wissenschaftlichen Fortschritte , die genauere und schärfere Bilder von pathologischen Geweben erlaubt. Unter anderem , Kontrastmittel (dh zur Verbesserung der Kontrast von Strukturen oder Flüssigkeiten innerhalb des Körpers verwendeten Stoffe ) wichtiger ist bei der Verbesserung der MRI Leistungen beigetragen.
Diese Forschungstätigkeit war aufgrund nanoconfined Kontrastmittel , die derzeit in der Entwicklung an der Houston Methodist Research Institute sind in der Lage zu erklären und vorherzusagen, die Erhöhung der MRI- Performances. Damit ebnet die Entdeckung den Weg zu der Qualität von MRT-Bildern weiter zu erhöhen, um eventuell Chancen auf eine frühere und präzisere Erkennung von Krankheiten, bei Millionen von Patienten , jedes Jahr zu verbessern.
Weitere Ergebnisse und Anwendungen der nanoconfinement Auswirkungen auf den Bereich Nanomedizin werden in Kürze veröffentlicht , dank einer fachübergreifenden Zusammenarbeit zwischen der biomedizinischen (Houston Methodist ) , Engineering ( Politecnico di Torino ) und chemischen ( Rice University , Houston -TX) Forschungsgruppen. Insbesondere Eisenoxid -Kontrastmittel in Silizium geladen oder polymere Nanovektoren werden derzeit untersucht , weil sie zuerst magnetisch in menschlichen erkrankten Geweben konzentriert und dann zur Verbesserung der MRI Performances beschäftigt. Darüber hinaus , wie ein Nanokonstrukte besitzen theranostischen Eigenschaften , was bedeutet, dass sie für die Diagnose (zB MRI) und therapeutische Zwecke zur gleichen Zeit , die auf ein bedeutender Schritt vorwärts im Krieg eingesetzt werden (zB Temperatur ausgelöst Wirkstofffreisetzung oder Hyperthermie -Behandlungen ) Krebs.