Изложены результаты исследований кластерного состояния воды, которое реализуется в гетерогенных системах, сформированных твердой и жидкой фазами в замороженных растворах с границами раздела твердое тело - жидкость в мезо- и микропористых твердых телах, агрегатах наночастиц или между структурными элементами биомакромолекул и органелл в клеточных объектах. Изучены эффекты самоорганизации водно-органических систем в ограниченном пространстве связанных между собой пор разного размера либо пустот между элементами дегидратированных биополимерных, белковых и клеточных структур. Данные эффекты учтены при разработке принципов повышения адсорбционной емкости накопителей горючих газов, создании новых средств направленной доставки лекарственных препаратов и селективных адсорбентов - носителей лекарственных веществ, стимуляторов активности клеточного метаболизма, а также композитов - носителей лекарственных веществ, стимуляторов активности клеточного метаболизма и композитов - аналогов природного костного материала.