Nagle w klatce piersiowej pojawia się przeszywający ból. Ból rozprzestrzenia się na lewe ramię, żuchwę i brzuch. Strach szerzy się, zmęczenie, pocenie się, bladość kredy: to atak serca. Jeśli tętnice wieńcowe są zatkane, mięsień sercowy nie ma wystarczającej ilości krwi – a zatem nie ma również tlenu.
W celu dostarczenia krwi niedotlenionej, czyli krwi o bardzo niskiej zawartości tlenu, świeżym tlenem, można w przyszłości zastosować nowy rodzaj substancji: „wodę porowatą”. Naukowcy z Harvard i Northwest University informują o tym w niedawnej publikacji w charakter temperamentu opublikowana praca.
Woda porowa to roztwór drobno rozłożonych nanocząstek, z których każda tworzy wnękę – praktycznie szczelinę – dla cząsteczek gazu ze względu na swoją strukturę krystaliczną. Małe porowate cząstki umożliwiają cieczom wodnym wchłonięcie ilości gazu, którą mogą wchłonąć kilka razy. Jeśli taka wzbogacona gazem zawiesina zostanie dodana do mniej gazowej cieczy, takiej jak niedotleniona krew, gaz ucieka ze szparek i wzbogaca drugą ciecz. Możliwe zastosowania płynów porowatych, jak powszechnie wiadomo z nowoczesnej dziedziny badań, sięgają od biomedycyny po wychwytywanie dwutlenku węgla.
Krew może wchłonąć dziesięć razy więcej tlenu niż woda
Hemoglobina w czerwonych krwinkach jest w rzeczywistości odpowiedzialna za transport tlenu we krwi, dzięki czemu krew może wchłonąć dziesięć razy więcej tlenu niż woda. Do tej pory nie było możliwe wytworzenie płynów o podobnej wysokiej zawartości tlenu, a także biokompatybilnych. Nie brakuje prób wytworzenia syntetycznej hemoglobiny lub wypełnionych tlenem mikropęcherzyków z lipidów lub polimerów. Eksperymenty często kończyły się niepowodzeniem ze względu na pojemność adsorpcyjną nośnika gazu lub metoda była zbyt skomplikowana technicznie.
Autorzy badania, kierowani przez badacza z Harvardu, Daniela Erdosi, napisali, że zdolność adsorpcji gazu przez wodę porową przewyższa wszystkie znane wcześniej płyny przenoszące tlen. Inne porowate ciecze są wytwarzane przez rozpuszczanie w nich cząstek, które mają tak małą szczelinę, że mogą przez nią prześlizgiwać się tylko cząstki gazu, ale żadne cząstki cieczy nie mogą wniknąć do niej. Jednak ta metoda jest niepraktyczna w przypadku wody: cząsteczki H₂O są wystarczająco małe, aby dostać się do klatek przeznaczonych na gaz.
Zamiast tego naukowcy z Erdosy wykorzystują fakt, że termodynamicznie niekorzystne jest przenikanie wody przez pory niektórych kryształów, ponieważ kryształy te są hydrofilowe na zewnątrz, to znaczy przyciągają wodę, ale są hydrofobowe w środku – i pozostają tam suche . Te porowate materiały to z jednej strony silikalit-1, nieorganiczny związek z grupy materiałów zeolitowych, a z drugiej strony tzw. metaloorganiczne związki szkieletowe, w skrócie MOF (MOF).
„Ostatecznie zeolit jest porowatym kamieniem, który naukowcy wytwarzają w postaci proszku, a następnie rozprowadzają go w wodzie” – wyjaśnia chemik Alexander Nebel, który bada porowate materiały na Uniwersytecie w Jenie. „Roztwór koloidalny, precyzyjne rozmieszczenie nanocząsteczek, które unoszą się w wodzie i nie toną, to jest najważniejsze”. Dzięki porowatej dyspersji mikrokryształów można osiągnąć stężenia do 40 procent – i odpowiednio wysoką zdolność adsorpcji gazów.
Jednak Knebel nadal widzi wiele prac rozwojowych dla amerykańskich naukowców: „Wciąż jesteśmy daleko od zastosowań medycznych do bezpośredniego wstrzykiwania do krwioobiegu”. Powodem tego jest to, że procedury zatwierdzenia klinicznego trwają na ogół bardzo długo, a krzem, który występuje w stosowanym sililicie-1, jest rozkładany przez organizm w minimalnym stopniu. Jednak realistyczne jest zaopatrzenie sztucznego płuca w tlen za pomocą porowatego płynu.
Płyny porowate mogą również zatrzymywać dwutlenek węgla
Oprócz biomedycyny, Knebel uważa inne dziedziny zastosowań płynów porowatych za obiecujące: „Potrafię sobie wyobrazić zastosowania w separacji gazów”. Dlatego grupa robocza Knebel pracuje między innymi nad MOF, które mają na celu usprawnienie procesów separacji w chemii. Ponadto materiały porowate mogą pomóc w wychwytywaniu dwutlenku węgla z procesów przemysłowych. Do tej pory gazy spalinowe były zwykle przepuszczane przez roztwór zawierający chemikalia, takie jak wodorotlenki alkaliczne lub organiczne związki amoniaku, które reagują z dwutlenkiem węgla i w ten sposób je zmywają.
Bardziej skutecznym rozwiązaniem, z którym Knebel i inni badacze od dawna wiązali duże nadzieje, może być przepchnięcie spalin przez porowaty płyn. Rozpuszczone w nim MOF odsiewałyby jedynie dwutlenek węgla, który następnie pozostawałby uwięziony w mikroporach MOF – i mógłby być przechowywany pod ziemią.
