Fastsættelse af spilleregler for nanoteknologisk forskning

I to nye undersøgelser, forskere fra hele landet i spidsen for Duke University -fakultetet er begyndt at designe rammerne for at bygge det nye felt inden for nanoinformatik.

Nanoinformatik er, som navnet antyder, kombinationen af ​​nanoskala forskning og informatik. Den forsøger at bestemme, hvilke oplysninger der er relevante for feltet, og derefter udvikle effektive måder at indsamle, validere, butik, del, analysere, modeller og anvend disse oplysninger - med det ultimative mål at hjælpe forskere med at få ny indsigt i menneskers sundhed, miljøet og mere.

I det første papir, offentliggjort den 10. august, 2015, i Beilstein Journal of Nanotechnology , forskere starter samtalen om, hvordan man standardiserer måden, nanoteknologidata er kurateret på.

Fordi feltet er ungt og alligevel ekstremt mangfoldigt, data indsamles og rapporteres på forskellige måder i forskellige undersøgelser, gør det svært at sammenligne æbler med æbler. Sølvnanopartikler i en sump i Florida kunne opføre sig helt anderledes, hvis de blev undersøgt i Amazonfloden. Og selvom to undersøgelser begge ser på deres virkninger på mennesker, små variationer som kropstemperatur, blod pH -værdier eller kun nanopartikler, der er få nanometer større, kan give forskellige resultater. For fremtidige undersøgelser at kombinere flere datasæt for at undersøge mere komplekse spørgsmål, forskere skal blive enige om, hvad de skal vide, når de skal kurere nanomaterialedata.

"Vi valgte kuratering som fokus for dette første papir, fordi der er så mange forskellige bestræbelser, der er overalt på vejen med hensyn til deres missioner, og det eneste, de alle har til fælles, er, at de på en eller anden måde skal indtaste data i deres ressourcer, "sagde Christine Hendren, en forsker ved Duke og administrerende direktør for Center for Environmental Implications of NanoTechnology (CEINT). "Så vi valgte det som kernen i denne indsats for at være så bred som muligt med at definere en grundlinje for nanoinformatik -samfundet."

Avisen er den første i en serie på seks, der vil undersøge, hvad folk mener - deres ordforråd, definitioner, antagelser, forskningsmiljøer, osv. - når de taler om at indsamle data om nanomaterialer i digital form. Og for at få alle på samme side, forskerne søger input fra alle interessenter, herunder dem, der udfører grundforskning, undersøge miljøimplikationer, udnytte nanomaterialegenskaber til applikationer, at udvikle produkter og skrive regeringsbestemmelser.

Den skræmmende opgave varetages af Nanomaterial Data Curation Initiative (NDCI), et projekt fra National Cancer Informatics Nanotechnology Working Group (NCIP NanoWG) ledet af et mangfoldigt team af interessenter i nanomaterialedata. Hvis det lykkes, ikke kun vil disse forskellige interesser kunne kombinere deres data, projektet vil fremhæve, hvilke data der mangler, og hjælpe med at drive feltets forskningsprioriteter.

I det andet papir, offentliggjort den 16. juli, 2015, i Videnskab om det samlede miljø , Hendren og hendes kolleger på CEINT foreslår en ny, standardiseret måde at studere nanomaterialers egenskaber på.

"Hvis vi vil flytte feltet fremad, vi skal være enige om, hvilke målinger der vil være nyttige, hvilke systemer de skal måles i, og hvilke data der rapporteres, så vi kan sammenligne "sagde Hendren.

Den foreslåede strategi anvender funktionelle assays - relativt enkle tests udført i standardiserede, velbeskrevne miljøer-til måling af nanomaterialeadfærd i faktiske systemer.

I nogen tid, nanomaterialeforskningssamfundet har forsøgt at bruge målte nanomaterialegenskaber til at forudsige resultater. For eksempel, hvilken størrelse og sammensætning af en nanopartikel er mest tilbøjelig til at forårsage kræft? Problemet, argumenterer Mark Wiesner, direktør for CEINT, er, at dette spørgsmål er alt for komplekst til at besvare.

"Miljøforskere bruger en parameter kaldet biologisk iltbehov for at forudsige, hvor meget ilt en vandmasse har brug for for at understøtte sit økosystem, "forklarer Wiesner." Det, vi grundlæggende forsøger at gøre med nanomaterialer, svarer til at forsøge at forudsige iltniveauet i en sø ved at foretage en oversigt over hver levende organisme, matematisk kortlægge alle deres levende mekanismer og interaktioner, tilføj alt det ilt, hver ville tage, og brug dette tal som et skøn. Men det er naturligvis latterligt og umuligt. Så i stedet, du tager en krukke vand, ryste det op, se hvor meget ilt der tages og ekstrapolere det. Vores funktionelle assaypapir siger gør det for nanomaterialer. "

Papiret kommer med forslag til, hvad nanomaterialers "krukke med vand" skal være. Det identificerer, hvilke parametre der skal noteres, når man studerer et specifikt miljøsystem, som fordøjelsesvæsker eller spildevand, så de kan sammenlignes undervejs.

Det foreslår også to meningsfulde processer for nanopartikler, der skal måles ved funktionelle assays:vedhæftningseffektivitet (klæber det til overflader eller ej) og opløsningshastighed (frigiver det ioner).

I beskrivelsen af, hvordan en nanoinformatik -tilgang informerer implementeringen af ​​en funktionel assay -teststrategi, Hendren sagde:"Vi forsøger at forudse, hvad vi vil stille dataene hen ad vejen. Hvis vi banker alle disse sammenlignelige data, mens vi udfører vores kortsigtede forskningsprojekter, vi skulle i sidste ende kunne støtte mere mekanistiske undersøgelser for at forudsige, hvordan ikke -testede nanomaterialer vil opføre sig i et givet scenario. "