Improvvisamente ci fu una pugnalata al petto. Il dolore si diffonde al braccio sinistro, alla mascella inferiore e allo stomaco. La paura si diffonde, la stanchezza, la sudorazione, il pallore del gesso: è un infarto. Se le arterie coronarie sono ostruite, il muscolo cardiaco non riceve sangue a sufficienza e quindi non c’è nemmeno ossigeno.

Per fornire sangue ipossico, cioè sangue a bassissimo contenuto di ossigeno, con ossigeno fresco, in futuro si potrà utilizzare un nuovo tipo di sostanza: “l’acqua porosa”. I ricercatori delle università di Harvard e del nord-ovest lo riferiscono in una recente pubblicazione in temperare la natura opera pubblicata.

L’acqua dei pori è una soluzione di nanoparticelle finemente distribuite, ognuna delle quali forma una cavità – praticamente un varco – per le molecole di gas grazie alla sua struttura cristallina. Piccole particelle porose consentono ai liquidi acquosi di assorbire la quantità di gas che possono assorbire più volte. Se una tale sospensione arricchita di gas viene aggiunta a un liquido meno gassoso, come il sangue ipossico, il gas fuoriesce dagli stomi e arricchisce l’altro liquido. Le possibili applicazioni dei fluidi porosi, come è generalmente noto dal moderno campo di ricerca, vanno dal campo biomedico alla cattura dell’anidride carbonica.

Il sangue può assorbire dieci volte più ossigeno dell’acqua

L’emoglobina nei globuli rossi è in realtà responsabile del trasporto di ossigeno nel sangue, con il quale il sangue può assorbire dieci volte più ossigeno dell’acqua. Finora non è stato possibile produrre liquidi con un contenuto di ossigeno simile e anche biocompatibili. Non mancano i tentativi di produrre emoglobina sintetica o microbolle piene di ossigeno da lipidi o polimeri. Gli esperimenti spesso fallivano a causa della capacità di adsorbimento del vettore di gas o il metodo era tecnicamente troppo complesso.

Gli autori dello studio, guidati dal ricercatore di Harvard Daniel Erdosi, hanno scritto che la capacità di assorbimento del gas dell’acqua interstiziale supera quella di tutti i fluidi che trasportano ossigeno precedentemente noti. Altri liquidi porosi vengono prodotti dissolvendo le particelle al loro interno che hanno uno spazio così piccolo che solo le particelle di gas possono scivolare attraverso di esso ma nessuna particella liquida può infiltrarsi in esso. Tuttavia, questo metodo non è pratico per l’acqua: le molecole di H₂O sono abbastanza piccole da entrare in gabbie destinate al gas.

Invece, i ricercatori di Erdosy sfruttano il fatto che termodinamicamente è sfavorevole che l’acqua penetri nei pori di alcuni cristalli, poiché questi cristalli sono idrofili all’esterno, cioè attraggono l’acqua, ma sono idrofobici all’interno – e lì rimangono asciutti . Questi materiali porosi sono da un lato silicalite-1, un composto inorganico del gruppo dei materiali zeolitici, e dall’altro i cosiddetti composti struttura metallo-organici, in breve MOF (MOF).

“In definitiva, la zeolite è una pietra porosa che i ricercatori producono come polvere e poi la distribuiscono in acqua”, spiega il chimico Alexander Nebel, che ricerca materiali porosi all’Università di Jena. “La soluzione colloidale, la distribuzione precisa delle nanoparticelle che galleggiano nell’acqua e non affondano, è la cosa più importante”. Grazie alla dispersione porosa di microcristalli, è possibile raggiungere concentrazioni fino al 40 percento e una capacità di assorbimento del gas corrispondentemente elevata.

Tuttavia, Knebel vede ancora molto lavoro di sviluppo per gli scienziati statunitensi: “Siamo ancora a miglia di distanza dalle applicazioni mediche per l’iniezione diretta nel flusso sanguigno”. La ragione di ciò è che le procedure di approvazione clinica richiedono generalmente molto tempo e il silicio, che si trova nella silicalite-1 utilizzata, viene scomposto in misura minima dall’organismo. Tuttavia, è realistico fornire ossigeno a un polmone artificiale utilizzando un fluido poroso.

I fluidi porosi possono anche intrappolare l’anidride carbonica

Oltre al campo della biomedicina, Knebel considera promettenti altri campi di applicazione dei fluidi porosi: “Posso immaginare applicazioni nella separazione dei gas”. Pertanto, il gruppo di lavoro di Knebel sta lavorando sui MOF, tra le altre cose, che mirano a rendere più efficienti i processi di separazione in chimica. Inoltre, i materiali porosi possono aiutare a catturare l’anidride carbonica dai processi industriali. Finora, i gas di scarico sono stati solitamente fatti passare attraverso una soluzione contenente sostanze chimiche come idrossidi alcalini o composti organici di ammoniaca che reagiscono con l’anidride carbonica e quindi li lavano via.

Una soluzione più efficace, per la quale Knebel e altri ricercatori hanno da tempo riposto grandi speranze, potrebbe essere invece quella di forzare i gas di scarico attraverso un fluido poroso. I MOF disciolti in esso eliminerebbero solo l’anidride carbonica, che rimarrebbe quindi intrappolata nei micropori del MOF e potrebbero essere immagazzinati sottoterra.