Piccole nanoparticelle giocano un ruolo gigantesco nella vita moderna, anche se la maggior parte dei consumatori non è a conoscenza della loro presenza. Forniscono ingredienti essenziali nelle lozioni solari, prevenire il fungo del piede d'atleta nei calzini, e combattere i microbi sulle bende. Esaltano i colori delle caramelle popolari e mantengono lo zucchero a velo sulle ciambelle polveroso. Sono anche utilizzati in farmaci avanzati che prendono di mira specifici tipi di cellule nei trattamenti contro il cancro.

Quando i chimici analizzano un campione, però, è difficile misurare le dimensioni e le quantità di queste particelle, che spesso sono 100, 000 volte più piccolo dello spessore di un pezzo di carta. La tecnologia offre molte opzioni per valutare le nanoparticelle, ma gli esperti non hanno raggiunto un consenso su quale tecnica sia la migliore.

In un nuovo documento del National Institute of Standards and Technology (NIST) e delle istituzioni che collaborano, i ricercatori hanno concluso che misurare l'intervallo di dimensioni delle nanoparticelle, anziché solo la dimensione media delle particelle, è ottimale per la maggior parte delle applicazioni.

"Sembra una scelta semplice, " ha detto Elijah Petersen del NIST, l'autore principale dell'articolo, che è stato pubblicato oggi in Scienze ambientali:nano . "Ma può avere un grande impatto sull'esito della tua valutazione".

Come per molte domande di misurazione, la precisione è fondamentale. L'esposizione a una certa quantità di alcune nanoparticelle potrebbe avere effetti negativi. I ricercatori farmaceutici hanno spesso bisogno di precisione per massimizzare l'efficacia di un farmaco. E gli scienziati ambientali devono sapere, Per esempio, quante nanoparticelle d'oro, l'argento o il titanio potrebbero potenzialmente causare un rischio per gli organismi nel suolo o nell'acqua.

L'utilizzo di più nanoparticelle del necessario in un prodotto a causa di misurazioni incoerenti potrebbe anche sprecare denaro per i produttori.

Sebbene possano sembrare ultramoderni, le nanoparticelle non sono né nuove né basate esclusivamente su processi di produzione ad alta tecnologia. Una nanoparticella è in realtà solo una particella submicroscopica che misura meno di 100 nanometri su almeno una delle sue dimensioni. Sarebbe possibile metterne centinaia di migliaia sulla testa di uno spillo. Sono entusiasmanti per i ricercatori perché molti materiali agiscono in modo diverso su scala nanometrica rispetto a scale più grandi, e le nanoparticelle possono essere fatte per fare molte cose utili.

Le nanoparticelle sono in uso fin dai tempi dell'antica Mesopotamia, quando i ceramisti usavano piccolissimi pezzi di metallo per decorare vasi e altri recipienti. Nella Roma del IV secolo, gli artigiani del vetro macinavano il metallo in minuscole particelle per cambiare il colore delle loro merci sotto diverse luci. Queste tecniche furono dimenticate per un po' ma riscoperte nel 1600 da intraprendenti produttori di vetro. Quindi, nel 1850, lo scienziato Michael Faraday ha studiato a fondo i modi per utilizzare vari tipi di miscele di lavaggio per modificare le prestazioni delle particelle d'oro.

La moderna ricerca sulle nanoparticelle è avanzata rapidamente a metà del XX secolo grazie alle innovazioni tecnologiche nell'ottica. Poter vedere le singole particelle e studiarne il comportamento ha ampliato le possibilità di sperimentazione. I maggiori progressi sono arrivati, però, dopo il decollo delle nanotecnologie sperimentali negli anni '90. Ad un tratto, il comportamento delle singole particelle d'oro e di molte altre sostanze potrebbe essere attentamente esaminato e manipolato. Scoperte sui modi in cui piccole quantità di una sostanza rifletterebbero la luce, assorbire la luce, o il cambiamento nel comportamento erano numerosi, portando all'incorporazione di nanoparticelle in molti più prodotti.

Da allora sono seguiti dibattiti sulla loro misurazione. Quando si valuta la risposta di cellule o organismi alle nanoparticelle, alcuni ricercatori preferiscono misurare le concentrazioni del numero di particelle (a volte chiamate PNC dagli scienziati). Molti trovano i PNC impegnativi poiché devono essere impiegate formule extra per determinare la misurazione finale. Altri preferiscono misurare le concentrazioni di massa o di superficie.

I PNC sono spesso usati per caratterizzare i metalli in chimica. La situazione per le nanoparticelle è intrinsecamente più complessa, però, di quanto non lo sia per le sostanze organiche o inorganiche disciolte perché a differenza delle sostanze chimiche disciolte, le nanoparticelle possono avere un'ampia varietà di dimensioni e talvolta si attaccano insieme quando vengono aggiunte ai materiali di prova.

"Se hai una sostanza chimica disciolta, avrà sempre la stessa formula molecolare, per definizione, " Dice Petersen. "Le nanoparticelle non hanno solo un certo numero di atomi, però. Alcuni saranno 9 nanometri, alcuni saranno 11, alcuni potrebbero avere 18 anni, e alcuni potrebbero essere 3."

Il problema è che ciascuna di queste particelle potrebbe svolgere un ruolo importante. Mentre una semplice stima del numero di particelle va benissimo per alcune applicazioni industriali, le applicazioni terapeutiche richiedono misurazioni molto più robuste. Nel caso delle terapie antitumorali, Per esempio, ogni particella, non importa quanto grande o piccolo, potrebbe fornire un antidoto necessario. E proprio come con qualsiasi altro tipo di dosaggio, il dosaggio delle nanoparticelle deve essere esatto per essere sicuro ed efficace.

L'utilizzo della gamma di dimensioni delle particelle per calcolare il PNC sarà spesso il più utile nella maggior parte dei casi, disse Petersen. La distribuzione delle dimensioni non utilizza una media o una media ma rileva la distribuzione completa delle dimensioni delle particelle in modo che le formule possano essere utilizzate per scoprire efficacemente quante particelle ci sono in un campione.

Ma indipendentemente dall'approccio utilizzato, i ricercatori devono prenderne nota nei loro documenti, per comparabilità con altri studi. "Non dare per scontato che approcci diversi ti diano lo stesso risultato, " Egli ha detto.

Petersen aggiunge che lui e i suoi colleghi sono rimasti sorpresi da quanto i rivestimenti sulle nanoparticelle potrebbero influire sulla misurazione. Alcuni rivestimenti, ha notato, può avere una carica elettrica positiva, causando grumi.

Petersen ha lavorato in collaborazione con ricercatori di laboratori federali in Svizzera, e con gli scienziati di 3M che hanno precedentemente effettuato molte misurazioni di nanoparticelle per l'uso in ambienti industriali. Ricercatori dalla Svizzera, come quelli in gran parte del resto d'Europa, desiderano saperne di più sulla misurazione delle nanoparticelle perché i PNC sono richiesti in molte situazioni normative. Non ci sono state molte informazioni su quali tecniche siano le migliori o con maggiori probabilità di produrre i risultati più precisi in molte applicazioni.

"Finora non sapevamo nemmeno se avremmo potuto trovare un accordo tra i laboratori sulle concentrazioni del numero di particelle, " Petersen dice. "Sono complessi. Ma ora cominciamo a vedere che si può fare".