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O lado microscópico da água intriga cientistas até hoje. Tanto que nem os computadores mais poderosos do mundo conseguem simular como ela entra nas células. Mas a inteligência artificial (IA) ajudou pesquisadores a explorarem o mundo microscópico da água. E o que eles descobriram pode mudar tudo na medicina.
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No cientifiquês, os cientistas recorreram ao aprendizado de máquina para descobrir como as propriedades elétricas da água mudam quando presas em cilindros nanométricos feitos de carbono.
Onde a medicina entra nessa história? Bem, entender isso pode ajudar a personalizar produtos farmacêuticos para operarem de maneira mais eficaz quando confinados em pequenos espaços no organismo. E não para por aí.
IA revela comportamento da água que pode ser revolucionário
A água, apesar de simples em sua composição de um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio, possui um desequilíbrio de carga que dá origem a propriedades complexas, como a tensão superficial e as diversas formas que assume ao congelar.
Essas moléculas, quando confinadas num nanotubo hidrofóbico com menos de dez nanômetros de diâmetro, aumentam suas interações com campos elétricos, fenômeno que os pesquisadores estão começando a entender.
Marcos Calegari Andrade, cientista de materiais no Laboratório Nacional de Lawrence Livermore (LLNL), destaca a importância de compreender a resposta dielétrica da água em confinamento.
Confira abaixo os principais pontos do estudo, publicado no Journal of Physical Chemistry Letters.
Foco da pesquisa
A pesquisa se concentra no efeito dielétrico, que descreve como a água e outros materiais dielétricos respondem a campos elétricos. Diferentemente dos materiais condutores, que transferem carga elétrica diretamente, os materiais dielétricos reagem alinhando suas cargas de forma a influenciar o campo elétrico ao seu redor.
Nos nanotubos, este efeito é intensificado devido ao alinhamento forçado das moléculas de água em arranjos confinados, possibilitando novas fases da água e facilitando a transferência de prótons.
Os desafios de modelar esses fenômenos em escala nanométrica são significativos, pois construir simulações precisas do comportamento molecular a partir de princípios fundamentais é viável apenas para um pequeno número de átomos e em escalas de tempo extremamente curtas.
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Abordagem dos pesquisadores
Para contornar isso, os pesquisadores combinaram princípios fundamentais com técnicas de aprendizado de máquina. Isso permitiu considerar efeitos quânticos e fornecer uma imagem mais detalhada da estrutura da água confinada.
A simulação mostrou que a constante dielétrica da água aumenta conforme o diâmetro dos nanotubos diminui, atingindo um pico quando as moléculas de água são organizadas numa única fila.
O que descobriram
Este fenômeno sugere que o confinamento em pequenas escalas pode ser crucial para entender e manipular como a água e outros materiais se comportam em níveis microscópicos.
Assim, a pesquisa fornece insights para a ciência dos materiais e a tecnologia. E aponta para um futuro onde o confinamento molecular da água pode ser explorado para melhorar a eficácia de várias tecnologias e aplicações biomédicas.
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