Eerdere pogingen om de gezondheids- en milieueffecten te bepalen van de nanodeeltjes die in honderden consumentenproducten worden gebruikt, hebben mogelijk misleidende resultaten opgeleverd door traditionele toxicologische tests te omarmen die geen rekening houden met de unieke eigenschappen van stukjes materiaal die zo klein zijn dat 100, 000 zou kunnen passen in de punt aan het einde van deze zin.

Dat was een van de observaties die hier vandaag werden gepresenteerd op de 245e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS), door een van de opkomende leiders in nanowetenschappelijk onderzoek. De toespraak van Christy Haynes, doctoraat, behoorde tot bijna 12, 000 presentaties op de bijeenkomst.

Haynes hield de inaugurele Kavli Foundation Emerging Leader in Chemistry Lecture tijdens de bijeenkomst, wordt gehouden in het Ernest N. Morial Convention Center en hotels in de binnenstad. Gesponsord door de Kavli Foundation, de Emerging Leaders Lectures erkennen het werk van uitstekende jonge chemische wetenschappers. Deze nieuwe presentaties zullen de schijnwerpers richten op wetenschappers die jonger zijn dan 40 jaar en niet meer dan 10 jaar verwijderd zijn van het behalen van hun doctoraat wanneer ze worden genomineerd, en die uitzonderlijke prestaties hebben geleverd in wetenschappelijk of technisch onderzoek. Deze lezingenreeks loopt van 2013 tot 2015 en sluit aan bij de bestaande reeks "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture".

"Christy Haynes is de perfecte wetenschapper om deze prestigieuze lezingenreeks te lanceren, " zei Marinda Li Wu, doctoraat, voorzitter van de ACS. "Het onderzoek van Haynes maakt indruk in de wetenschappelijke gemeenschap bij pogingen om nanodeeltjes en nanotechnologie te gebruiken in de geneeskunde en op andere gebieden. En dat onderzoek heeft de populaire verbeelding aangewakkerd, ook. Haynes was opgenomen in Populaire wetenschap 'Briljant 10' lijst, een groep 'genieën die de wetenschap vandaag wakker schudden'. We zijn verheugd om samen te werken met de Kavli Foundation om de bijdragen van dergelijke personen onder de aandacht te brengen."

"De Kavli Foundation is verheugd een serie te ondersteunen die aandacht vestigt op uitzonderlijke jonge onderzoekers in de chemie. Het erkennen van deze uitstekende jonge chemici zal anderen inspireren en helpen bij het creëren van een levendige toekomst in het veld, " zei Fred Kavli, oprichter en voorzitter van The Kavli Foundation. Bob Conn toegevoegd, voorzitter van de stichting, "Helder, jonge onderzoekers bezitten de energie, motivatie en een 'can do'-houding om de wetenschap vooruit te helpen. Het is vaak in dit stadium dat wetenschappers hun meest innovatieve werk doen."

De Kavli Foundation zet zich in voor het bevorderen van de wetenschap ten behoeve van de mensheid, het bevorderen van het publieke begrip van wetenschappelijk onderzoek en het ondersteunen van wetenschappers en hun werk. De Stichting voert haar missie uit via een internationaal programma van onderzoeksinstituten op het gebied van astrofysica en theoretische fysica, nanowetenschap en neurowetenschap, en door de steun van conferenties, symposia, bijzondere leerstoelen, journalistieke workshops en andere activiteiten.

De serie "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture" ging in maart 2011 van start en loopt tot en met 2013. Deze lezingen gaan in op de dringende behoefte aan krachtige, nieuwe, "out of the box" denken, terwijl wetenschappers veel van 's werelds toenemende uitdagingen aangaan, zoals klimaatverandering, opkomende ziekten, en water- en energietekorten. Stichting Kavli, een internationaal erkende filantropische organisatie die bekend staat om haar ondersteuning van fundamentele wetenschappelijke innovatie, overeengekomen om de lezingen te sponsoren in samenwerking met ACS in 2010.

Wu prees ook The Kavli Foundation voor zijn steun aan de lezingen en leiderschap bij een breed scala aan andere activiteiten ter bevordering van de wetenschap. "De Kavli Foundation en de American Chemical Society zijn uitstekende partners met opmerkelijk vergelijkbare missies, Wu zei. "De missie van ACS spreekt over het bevorderen van de wetenschap van de chemie 'ten behoeve van de aarde en haar mensen'. Ik ben verheugd dat deze twee organisaties kunnen samenwerken in hun toewijding om deze doelen te bereiken."

Haynes, die bij de Universiteit van Minnesota is, legde uit dat toen fabrikanten het gebruik van nanodeeltjes in consumenten- en andere producten begonnen te gebruiken of overwegen, Er ontstonden zorgen over de mogelijke gevolgen voor de gezondheid en het milieu. Er zijn meer dan 800 consumentenproducten op basis van nanotechnologie op de markt, volgens sommige schattingen. In de afgelopen 10 jaar is een nieuw veld ontstaan ​​dat soms "nanotoxicologie" wordt genoemd om deze zorgen te onderzoeken.

"De eerste werkzaamheden waren gericht op het gebruik van de toxicologische tests die al jaren werden gebruikt om bulkmaterialen te evalueren, " zei Haynes. "Nanodeeltjes, echter, zijn intrinsiek verschillend. Een nanodeeltje materiaal dat wordt gebruikt in voedsel of een cosmetische lotion kan slechts enkele atomen bevatten, of een paar duizend atomen. Stukjes van normale grootte van datzelfde materiaal kunnen miljarden atomen bevatten. Dat verschil zorgt ervoor dat nanodeeltjes zich anders gedragen dan hun bulktegenhangers."

Een goudklompje van 1 ons puur goud, bijvoorbeeld, heeft dezelfde chemische en fysische eigenschappen als een nugget van 2 ounce of een goudbaar van 27 pond. Voor nanodeeltjes, echter, grootte dicteert vaak de fysische en chemische eigenschappen, en die eigenschappen veranderen naarmate de grootte afneemt.

Haynes zei dat sommige van de eerdere nanotoxicologische tests die en andere factoren niet volledig in aanmerking hebben genomen bij het evalueren van de effecten van nanodeeltjes. In sommige gevallen, bijvoorbeeld, the bottom line in those tests was whether cells growing in laboratory cultures lived or died after exposure to a nanoparticle.

"While these results can be useful, there are two important limitations, " Haynes explained. "A cell can be alive but unable to function properly, and it would not be apparent in those tests. In aanvulling, the nature of nanoparticles—they're more highly reactive—can cause 'false positives' in these assays."

Haynes described a new approach used in her team's work in evaluating the toxicity of nanoparticles. It focuses on monitoring how exposure to nanoparticles affects a cell's ability to function normally, rather than just its ability to survive the exposure. In aanvulling, they have implemented measures to reduce "false-positive" test results, which overestimate nanoparticle toxicity. One of the team's safety tests, bijvoorbeeld, determines whether key cells in the immune system can still work normally after exposure to nanoparticles. In another, the scientists determine whether bacteria exposed to nanoparticles can still communicate with each other, engaging in the critical biochemical chatter that enables bacteria to form biofilms, communities essential for them to multiply in ways that lead to infections.

"Tot dusver, we have found that nanoparticles made of silver or titanium may be the most problematic, though I would say that neither is as bad as some of the alarmist media speculations, especially when they are stabilized appropriately, " said Haynes. "I think that it will be possible to create safe, stable coatings on nanoparticles that will make them stable and allow them to leave the body appropriately. We need more research, natuurlijk, in order to make informed decisions."

This area of research—how nanoparticles interact with biological and ecological systems—is the focus of a newly funded multi-institutional partnership that includes Haynes' team. It is the Center for Sustainable Nanotechnology, funded by the National Science Foundation Division of Chemistry through the Centers for Chemical Innovation Program.

Haynes' work has led to her involvement in two large bioethics efforts funded by the National Institutes of Health that made recommendations about how to regulate nanoparticles for biomedical use. "I was one of a few scientists in rooms full of lawyers, ethicists and philosophers, " she explained. "My job was to provide the bench scientist's perspective on the definitions and recommendations. Both projects produced recommendations that were presented directly to officials in the U.S. Food and Drug Administration, the U.S. Environmental Protection Agency, the National Institute for Occupational Safety and Health and other agencies."