In twee nieuwe onderzoeken onderzoekers uit het hele land onder leiding van de Duke University-faculteit zijn begonnen met het ontwerpen van het raamwerk waarop het opkomende gebied van nano-informatica kan worden gebouwd.

Nano-informatica is, zoals de naam impliceert, de combinatie van onderzoek op nanoschaal en informatica. Het probeert te bepalen welke informatie relevant is voor het veld en ontwikkelt vervolgens effectieve manieren om gegevens te verzamelen, valideren, winkel, deel, analyseren, modelleren en die informatie toepassen - met als uiteindelijk doel wetenschappers te helpen nieuwe inzichten te verwerven in de menselijke gezondheid, het milieu en meer.

In het eerste blad, gepubliceerd op 10 augustus 2015, in de Beilstein Tijdschrift voor nanotechnologie , onderzoekers beginnen het gesprek over hoe de manier waarop nanotechnologiegegevens worden samengesteld, kan worden gestandaardiseerd.

Omdat het vakgebied jong en toch enorm divers is, gegevens worden in verschillende onderzoeken op verschillende manieren verzameld en gerapporteerd, waardoor het moeilijk is om appels met appels te vergelijken. Zilveren nanodeeltjes in een moeras in Florida zouden zich heel anders kunnen gedragen als ze in de Amazone-rivier zouden worden bestudeerd. En zelfs als twee studies beide kijken naar hun effecten bij mensen, kleine variaties zoals lichaamstemperatuur, pH-waarden in het bloed of nanodeeltjes die slechts enkele nanometers groter zijn, kunnen verschillende resultaten geven. Voor toekomstige studies om meerdere datasets te combineren om complexere vragen te onderzoeken, onderzoekers moeten het eens worden over wat ze moeten weten bij het samenstellen van nanomateriaalgegevens.

"We kozen voor curatie als de focus van deze eerste paper omdat er zoveel verschillende inspanningen zijn die overal op de weg zijn in termen van hun missies, en het enige dat ze allemaal gemeen hebben, is dat ze op de een of andere manier gegevens in hun bronnen moeten invoeren, " zei Christine Hendren, een onderzoekswetenschapper bij Duke en uitvoerend directeur van het Center for the Environmental Implications of NanoTechnology (CEINT). "Dus kozen we dat als de kern van deze inspanning om zo breed mogelijk te zijn bij het definiëren van een basislijn voor de nano-informatica-gemeenschap."

De paper is de eerste in een serie van zes waarin wordt onderzocht wat mensen bedoelen:hun woordenschat, definities, veronderstellingen, onderzoeksomgevingen, enz. - wanneer ze praten over het verzamelen van gegevens over nanomaterialen in digitale vorm. En om iedereen op één lijn te krijgen, de onderzoekers vragen input van alle belanghebbenden, inclusief degenen die fundamenteel onderzoek doen, het bestuderen van milieu-implicaties, gebruik van nanomateriaaleigenschappen voor toepassingen, het ontwikkelen van producten en het schrijven van overheidsvoorschriften.

De ontmoedigende taak wordt uitgevoerd door het Nanomaterial Data Curation Initiative (NDCI), een project van de National Cancer Informatics Nanotechnology Working Group (NCIP NanoWG) geleid door een divers team van belanghebbenden op het gebied van nanomateriaalgegevens. Indien succesvol, niet alleen zullen deze verschillende belangen hun gegevens kunnen combineren, het project zal benadrukken welke gegevens ontbreken en helpen de onderzoeksprioriteiten van het veld aan te sturen.

In het tweede blad gepubliceerd op 16 juli, 2015, in Wetenschap van de totale omgeving , Hendren en haar collega's bij CEINT stellen een nieuwe, gestandaardiseerde manier om de eigenschappen van nanomaterialen te bestuderen.

"Als we het veld naar voren willen brengen, we moeten het eens kunnen worden over welke metingen nuttig zullen zijn, in welke systemen ze moeten worden gemeten en welke gegevens worden gerapporteerd, zodat we vergelijkingen kunnen maken, ' zei Hendriks.

De voorgestelde strategie maakt gebruik van functionele testen:relatief eenvoudige tests die worden uitgevoerd in gestandaardiseerde, goed beschreven omgevingen - om het gedrag van nanomaterialen in werkelijke systemen te meten.

Al enige tijd, de onderzoeksgemeenschap van nanomaterialen heeft geprobeerd de gemeten eigenschappen van nanomaterialen te gebruiken om resultaten te voorspellen. Bijvoorbeeld, welke grootte en samenstelling van een nanodeeltje is het meest waarschijnlijk kankerverwekkend? Het probleem, betoogt Mark Wiesner, directeur van CEINT, is dat deze vraag veel te complex is om te beantwoorden.

"Milieuonderzoekers gebruiken een parameter genaamd biologische zuurstofbehoefte om te voorspellen hoeveel zuurstof een waterlichaam nodig heeft om zijn ecosysteem te ondersteunen, " legt Wiesner uit. "Wat we eigenlijk proberen te doen met nanomaterialen is het equivalent van proberen het zuurstofniveau in een meer te voorspellen door een inventaris te maken van elk levend organisme, wiskundig al hun levende mechanismen en interacties in kaart brengen, tel alle zuurstof op die elk zou nemen, en gebruik dat aantal als een schatting. Maar dat is natuurlijk belachelijk en onmogelijk. Dus in plaats daarvan, je neemt een kruik water, opschudden, kijk hoeveel zuurstof er wordt opgenomen en extrapoleer dat. Ons functionele testdocument zegt dat te doen voor nanomaterialen."

Het artikel doet suggesties over wat de "pot met water" van nanomaterialen zou moeten zijn. Het identificeert welke parameters moeten worden opgemerkt bij het bestuderen van een specifiek milieusysteem, zoals spijsverteringsvloeistoffen of afvalwater, zodat ze onderweg kunnen worden vergeleken.

Het suggereert ook twee betekenisvolle processen voor nanodeeltjes die moeten worden gemeten door functionele testen:hechtingsefficiëntie (kleeft het aan oppervlakken of niet) en oplossnelheid (geeft het ionen vrij).

Bij het beschrijven van hoe een nano-informaticabenadering de implementatie van een functionele testteststrategie informeert, Hendren zei:"We proberen te anticiperen op wat we de gegevens later willen vragen. Als we al deze vergelijkbare gegevens opslaan terwijl we onze onderzoeksprojecten op korte termijn doen, we zouden uiteindelijk in staat moeten zijn om meer mechanistisch onderzoek te ondersteunen om voorspellingen te doen over hoe niet-geteste nanomaterialen zich in een bepaald scenario zullen gedragen."