IA desvenda segredos da água – e isso pode revolucionar a medicina

O lado microscópico da água intriga os cientistas até hoje. Tanto que nem mesmo os computadores mais poderosos do mundo conseguem simular como ele entra nas células. Mas a inteligência artificial (IA) ajudou os investigadores a explorar o mundo microscópico da água. E o que descobriram pode mudar tudo na medicina.

Na ciência, os cientistas recorreram ao aprendizado de máquina para descobrir como as propriedades elétricas da água mudam quando presa em cilindros nanométricos feitos de carbono.

Onde a medicina entra nessa história? Bem, compreender isto pode ajudar a personalizar os produtos farmacêuticos para funcionarem de forma mais eficaz quando confinados a pequenos espaços do corpo. 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 átomos de hidrogênio, apresenta um desequilíbrio de carga que dá origem a propriedades complexas, como a tensão superficial e as diferentes formas que assume ao congelar.

Essas moléculas, quando confinadas em um nanotubo hidrofóbico com menos de dez nanômetros de diâmetro, aumentam suas interações com campos elétricos, fenômeno que os pesquisadores começam a compreender.

Marcos Calegari Andrade, cientista de materiais do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), destaca a importância de compreender a resposta dielétrica da água em confinamento.

Confira abaixo os principais pontos do estudo, publicado em Revista de Cartas de Físico-Química.

Foco de pesquisa

A pesquisa concentra-se no efeito dielétrico, que descreve como a água e outros materiais dielétricos respondem aos campos elétricos. Ao contrário dos materiais condutores, que transferem carga elétrica diretamente, os materiais dielétricos reagem alinhando suas cargas de uma forma que influencia o campo elétrico ao seu redor.

Nos nanotubos, esse efeito é intensificado devido ao alinhamento forçado das moléculas de água em arranjos confinados, possibilitando novas fases aquosas e facilitando a transferência de prótons.

Os desafios de modelar estes fenómenos à escala nanométrica são significativos, uma vez que a construção de simulações precisas do comportamento molecular a partir de princípios fundamentais só é viável 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 nos permitiu considerar os efeitos quânticos e fornecer uma imagem mais detalhada da estrutura das águas confinadas.

A simulação mostrou que a constante dielétrica da água aumenta à medida que o diâmetro dos nanotubos diminui, atingindo um pico quando as moléculas de água são organizadas em uma única fileira.

O que eles descobriram

Este fenómeno sugere que o confinamento em pequenas escalas pode ser crucial para a compreensão e manipulação de como a água e outros materiais se comportam a níveis microscópicos.

Assim, a pesquisa fornece insights sobre ciência e tecnologia de materiais. E aponta para um futuro onde o confinamento molecular da água poderá ser explorado para melhorar a eficácia de várias tecnologias e aplicações biomédicas.