In due nuovi studi, ricercatori di tutto il paese guidati dalla facoltà della Duke University hanno iniziato a progettare la struttura su cui costruire il campo emergente della nanoinformatica.

La nanoinformatica è, come il nome suggerisce, la combinazione di ricerca su scala nanometrica e informatica. Tenta di determinare quali informazioni sono rilevanti per il campo e quindi di sviluppare modi efficaci per raccogliere, convalidare, negozio, Condividere, analizzare, modellare e applicare tali informazioni, con l'obiettivo finale di aiutare gli scienziati a ottenere nuove conoscenze sulla salute umana, l'ambiente e non solo.

Nella prima carta, pubblicato il 10 agosto 2015, nel Beilstein Journal of Nanotechnology , i ricercatori iniziano la conversazione su come standardizzare il modo in cui vengono curati i dati delle nanotecnologie.

Poiché il campo è giovane e tuttavia estremamente diversificato, i dati sono raccolti e riportati in modi diversi in diversi studi, rendendo difficile confrontare le mele con le mele. Le nanoparticelle d'argento in una palude della Florida potrebbero comportarsi in modo completamente diverso se studiate nel Rio delle Amazzoni. E anche se due studi stanno entrambi esaminando i loro effetti sugli esseri umani, lievi variazioni come la temperatura corporea, livelli di pH del sangue o nanoparticelle solo pochi nanometri più grandi possono dare risultati diversi. Affinché gli studi futuri combinino più set di dati per esplorare domande più complesse, i ricercatori devono concordare su ciò che devono sapere quando curano i dati sui nanomateriali.

"Abbiamo scelto la curatela come fulcro di questo primo documento perché ci sono così tanti sforzi disparati che sono dappertutto in termini di missioni, e l'unica cosa che hanno in comune è che in qualche modo devono inserire dati nelle loro risorse, "ha detto Christine Hendren, ricercatore presso Duke e direttore esecutivo del Centro per le implicazioni ambientali delle nanotecnologie (CEINT). "Quindi abbiamo scelto che come nucleo di questo sforzo fosse il più ampio possibile nella definizione di una linea di base per la comunità della nanoinformatica".

Il documento è il primo di una serie di sei che esplorerà cosa significano le persone:il loro vocabolario, definizioni, ipotesi, ambienti di ricerca, ecc.—quando si parla di raccogliere dati sui nanomateriali in forma digitale. E per mettere tutti sulla stessa pagina, i ricercatori stanno cercando input da tutte le parti interessate, compresi coloro che conducono ricerche di base, studio delle implicazioni ambientali, sfruttando le proprietà dei nanomateriali per le applicazioni, sviluppare prodotti e scrivere regolamenti governativi.

L'arduo compito è stato intrapreso dalla Nanomaterial Data Curation Initiative (NDCI), un progetto del National Cancer Informatics Nanotechnology Working Group (NCIP NanoWG) guidato da un team eterogeneo di parti interessate ai dati sui nanomateriali. In caso di successo, non solo questi interessi disparati saranno in grado di combinare i loro dati, il progetto evidenzierà quali dati mancano e aiuterà a guidare le priorità di ricerca del campo.

Nella seconda carta, pubblicato il 16 luglio 2015, in Scienza dell'ambiente totale , Hendren e i suoi colleghi del CEINT propongono un nuovo, modo standardizzato di studiare le proprietà dei nanomateriali.

"Se vogliamo portare avanti il ​​campo, dobbiamo essere in grado di concordare su quali misurazioni saranno utili, in quali sistemi dovrebbero essere misurati e quali dati vengono riportati, per poter fare confronti, ", ha detto Hendren.

La strategia proposta utilizza saggi funzionali, test relativamente semplici eseguiti in ambienti ben descritti, per misurare il comportamento dei nanomateriali nei sistemi reali.

Per un po 'di tempo, la comunità di ricerca sui nanomateriali ha cercato di utilizzare le proprietà misurate dei nanomateriali per prevedere i risultati. Per esempio, quale dimensione e composizione di una nanoparticella ha maggiori probabilità di provocare il cancro? Il problema, sostiene Mark Wiesner, direttore del CEINT, è che questa domanda è troppo complessa per rispondere.

"I ricercatori ambientali utilizzano un parametro chiamato domanda biologica di ossigeno per prevedere quanto ossigeno ha bisogno un corpo idrico per supportare il suo ecosistema, " spiega Wiesner. "Ciò che fondamentalmente stiamo cercando di fare con i nanomateriali è l'equivalente di cercare di prevedere il livello di ossigeno in un lago facendo un inventario di ogni organismo vivente, mappare matematicamente tutti i loro meccanismi e interazioni viventi, sommare tutto l'ossigeno che ciascuno richiederebbe, e usa quel numero come stima. Ma questo è ovviamente ridicolo e impossibile. Quindi invece, prendi un barattolo d'acqua, scuotilo, vedi quanto ossigeno viene preso ed estrapolalo. Il nostro documento di analisi funzionale dice di farlo per i nanomateriali".

Il documento fornisce suggerimenti su quale dovrebbe essere il "vaso d'acqua" dei nanomateriali. Identifica quali parametri dovrebbero essere annotati nello studio di un determinato sistema ambientale, come fluidi digestivi o acque reflue, in modo che possano essere confrontati lungo la strada.

Suggerisce anche due processi significativi per le nanoparticelle che dovrebbero essere misurati con saggi funzionali:efficienza di attaccamento (si attacca alle superfici o no) e velocità di dissoluzione (rilascia ioni).

Nel descrivere come un approccio nanoinformatico informa l'implementazione di una strategia di test del test funzionale, Hendren ha dichiarato:"Stiamo cercando di anticipare ciò che vogliamo chiedere ai dati lungo la strada. Se contiamo tutti questi dati comparabili mentre svolgiamo i nostri progetti di ricerca a breve termine, alla fine dovremmo essere in grado di supportare indagini più meccanicistiche per fare previsioni su come si comporteranno i nanomateriali non testati in un determinato scenario".