Le stesse proprietà che rendono le nanoparticelle ingegnerizzate attraenti per numerose applicazioni:piccole come virus, biologicamente ed ambientalmente stabile, e solubili in acqua - causano anche preoccupazione per i loro impatti a lungo termine sulla salute e la sicurezza ambientale (EHS). Una caratteristica particolare, la tendenza delle nanoparticelle ad aggregarsi in soluzione, è di grande interesse perché la dimensione di questi cluster può essere la chiave per stabilire se sono tossici o meno per le cellule umane. I ricercatori del National Institute of Standards and Technology hanno dimostrato per la prima volta un metodo per produrre cluster di nanoparticelle in una varietà di dimensioni controllate che sono stabili nel tempo in modo che i loro effetti sulle cellule possano essere studiati correttamente.*

Nei loro test, il team del NIST ha realizzato campioni d'oro, d'argento, ossido di cerio e nanoparticelle di polistirene caricate positivamente e le sospese separatamente nel mezzo di coltura cellulare, consentendo la formazione di agglomerati in ciascuno. Hanno fermato l'aggregazione aggiungendo una proteina, albumina di siero bovino (BSA), alle miscele. Più a lungo le nanoparticelle sono state lasciate ammassarsi insieme, maggiore è la dimensione del cluster risultante. Per esempio, una gamma di tempi di raggruppamento utilizzando nanoparticelle di argento a 23 nanometri ha prodotto una distribuzione di masse tra 43 e 1, 400 nanometri di diametro. Con questo metodo sono state prodotte distribuzioni di dimensioni simili per gli altri tre tipi di nanoparticelle.

I ricercatori hanno appreso che l'utilizzo degli stessi "tempi di congelamento" - i punti in cui è stato aggiunto BSA per arrestare il processo - ha prodotto distribuzioni di dimensioni coerenti per tutti e quattro i tipi di nanoparticelle. Inoltre, tutte le dispersioni controllate da BSA sono rimaste stabili per 2-3 giorni, che è sufficiente per molti studi di tossicità.

Avendo dimostrato con successo che potevano controllare la produzione di grumi di nanoparticelle di diverse dimensioni, i ricercatori volevano poi dimostrare che le loro creazioni potevano essere messe al lavoro. Cluster di nanoparticelle d'argento di diverse dimensioni sono stati mescolati con sangue di cavallo nel tentativo di studiare l'impatto della dimensione dei grumi sulla tossicità dei globuli rossi. La presenza di emoglobina, la molecola a base di ferro nei globuli rossi che trasporta l'ossigeno, direbbe ai ricercatori se le cellule sono state lisate (rotte aperte) da ioni d'argento rilasciati nella soluzione dai cluster. A sua volta, misurare la quantità di emoglobina in soluzione per ciascuna dimensione di cluster definirebbe il livello di tossicità, possibilmente correlato al livello di rilascio di ioni d'argento, per quella specifica dimensione media.

Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che la distruzione dei globuli rossi è diminuita all'aumentare delle dimensioni dei cluster. Essi ipotizzano che i grandi cluster di nanoparticelle si dissolvono più lentamente di quelli piccoli, e quindi, rilasciare meno ioni argento in soluzione.

Nel futuro, il team del NIST prevede di caratterizzare ulteriormente le diverse dimensioni dei cluster ottenibili attraverso il loro metodo di produzione, e quindi utilizzare quei cluster per studiare l'impatto sulla citotossicità dei rivestimenti (come i polimeri) applicati alle nanoparticelle.