Dezelfde eigenschappen die kunstmatige nanodeeltjes aantrekkelijk maken voor tal van toepassingen -- zo klein als een virus, biologisch en ecologisch stabiel, en in water oplosbaar - veroorzaken ook bezorgdheid over hun langetermijneffecten op de gezondheid en veiligheid van het milieu (EHS). Een bijzonder kenmerk, de neiging van nanodeeltjes om samen te klonteren in oplossing, is van groot belang omdat de grootte van deze clusters de sleutel kan zijn tot het al dan niet toxisch zijn voor menselijke cellen. Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben voor het eerst een methode gedemonstreerd voor het produceren van nanodeeltjesclusters in verschillende gecontroleerde groottes die stabiel zijn in de tijd, zodat hun effecten op cellen goed kunnen worden bestudeerd.*

In hun testen, het NIST-team heeft stalen van goud gemaakt, zilver, ceriumoxide en positief geladen polystyreen nanodeeltjes en apart gesuspendeerd in celkweekmedium, waardoor klontering kan optreden in elk. Ze stopten het klonteren door een eiwit toe te voegen, runderserumalbumine (BSA), aan de mengsels. Hoe langer de nanodeeltjes mochten samenklonteren, hoe groter de grootte van het resulterende cluster. Bijvoorbeeld, een reeks clustertijden met behulp van zilveren nanodeeltjes van 23 nanometer produceerde een verdeling van massa's tussen 43 en 1, 400 nanometer in doorsnee. Met deze methode werden vergelijkbare grootteverdelingen voor de andere drie typen nanodeeltjes geproduceerd.

De onderzoekers ontdekten dat het gebruik van dezelfde "bevriezingstijden" - de punten waarop BSA werd toegevoegd om het proces te stoppen - consistente grootteverdelingen opleverde voor alle vier de typen nanodeeltjes. Aanvullend, alle BSA-gecontroleerde dispersies bleven 2-3 dagen stabiel, wat voldoende is voor veel toxiciteitsonderzoeken.

Nadat ze met succes hebben aangetoond dat ze de productie van nanodeeltjesklonten van verschillende groottes konden beheersen, de onderzoekers wilden vervolgens bewijzen dat hun creaties aan het werk konden. Zilveren nanodeeltjesclusters van verschillende grootte werden gemengd met paardenbloed in een poging om de impact van klontering op de toxiciteit van rode bloedcellen te bestuderen. De aanwezigheid van hemoglobine, het op ijzer gebaseerde molecuul in rode bloedcellen dat zuurstof transporteert, zou onderzoekers vertellen of de cellen waren gelyseerd (opengebroken) door zilverionen die vanuit de clusters in de oplossing waren vrijgekomen. Beurtelings, het meten van de hoeveelheid hemoglobine in oplossing voor elke clustergrootte zou het niveau van toxiciteit bepalen - mogelijk gerelateerd aan het niveau van zilverionenafgifte - voor die specifieke gemiddelde grootte.

Wat de onderzoekers ontdekten, was dat de vernietiging van rode bloedcellen afnam naarmate de clustergrootte toenam. Ze veronderstellen dat grote clusters van nanodeeltjes langzamer oplossen dan kleine, en daarom, minder zilverionen in oplossing afgeven.

In de toekomst, het NIST-team is van plan om de verschillende clustergroottes die haalbaar zijn door hun productiemethode verder te karakteriseren, en vervolgens die clusters gebruiken om de impact op de cytotoxiciteit van coatings (zoals polymeren) die op de nanodeeltjes worden aangebracht, te bestuderen.