Kleine nanodeeltjes spelen een gigantische rol in het moderne leven, zelfs als de meeste consumenten zich niet bewust zijn van hun aanwezigheid. Ze bieden essentiële ingrediënten in zonnebrandlotions, voetschimmel in sokken voorkomen, en bestrijd microben op verband. Ze versterken de kleuren van populaire snoepjes en houden de poedersuiker op donuts poederig. Ze worden zelfs gebruikt in geavanceerde medicijnen die gericht zijn op specifieke soorten cellen bij kankerbehandelingen.

Wanneer chemici een monster analyseren, echter, het is een uitdaging om de afmetingen en hoeveelheden van deze deeltjes te meten - die vaak 100 zijn, 000 keer kleiner dan de dikte van een stuk papier. Technologie biedt veel mogelijkheden om nanodeeltjes te beoordelen, maar experts hebben geen consensus bereikt over welke techniek het beste is.

In een nieuw artikel van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en samenwerkende instellingen, onderzoekers hebben geconcludeerd dat het meten van het bereik van groottes in nanodeeltjes - in plaats van alleen de gemiddelde deeltjesgrootte - voor de meeste toepassingen optimaal is.

"Het lijkt een simpele keuze, " zei Elijah Petersen van NIST, de hoofdauteur van het artikel, die vandaag werd gepubliceerd in Milieukunde:Nano . "Maar het kan een grote impact hebben op de uitkomst van je beoordeling."

Zoals bij veel meetvragen, precisie is de sleutel. Blootstelling aan een bepaalde hoeveelheid van sommige nanodeeltjes kan nadelige effecten hebben. Farmaceutische onderzoekers hebben vaak nauwkeurigheid nodig om de werkzaamheid van een medicijn te maximaliseren. En milieuwetenschappers moeten weten, bijvoorbeeld, hoeveel nanodeeltjes goud, zilver of titanium kan mogelijk een risico vormen voor organismen in bodem of water.

Het gebruik van meer nanodeeltjes dan nodig in een product vanwege inconsistente metingen kan ook geldverspilling zijn voor fabrikanten.

Hoewel ze misschien ultramodern klinken, nanodeeltjes zijn niet nieuw en ook niet uitsluitend gebaseerd op hightech fabricageprocessen. Een nanodeeltje is eigenlijk gewoon een submicroscopisch deeltje dat op ten minste één van zijn dimensies minder dan 100 nanometer meet. Het zou mogelijk zijn om er honderdduizenden op de kop van een speld te plaatsen. Ze zijn opwindend voor onderzoekers omdat veel materialen zich op nanometerschaal anders gedragen dan op grotere schaal, en nanodeeltjes kunnen worden gemaakt om veel nuttige dingen te doen.

Nanodeeltjes zijn in gebruik sinds de dagen van het oude Mesopotamië, toen keramische kunstenaars extreem kleine stukjes metaal gebruikten om vazen ​​​​en andere vaten te versieren. In het vierde-eeuwse Rome, glaskunstenaars vermalen metaal tot kleine deeltjes om de kleur van hun waren onder verschillende verlichting te veranderen. Deze technieken werden een tijdje vergeten, maar werden in de 17e eeuw herontdekt door vindingrijke fabrikanten voor het maken van glas. Vervolgens, in de jaren 1850, wetenschapper Michael Faraday heeft uitgebreid onderzoek gedaan naar manieren om verschillende soorten wasmengsels te gebruiken om de prestaties van gouddeeltjes te veranderen.

Het moderne nanodeeltjesonderzoek ging halverwege de 20e eeuw snel vooruit dankzij technologische innovaties in de optica. Door de individuele deeltjes te kunnen zien en hun gedrag te bestuderen, werden de mogelijkheden voor experimenten uitgebreid. De grootste vorderingen kwamen, echter, nadat experimentele nanotechnologie een vlucht nam in de jaren negentig. Plotseling, het gedrag van enkele gouddeeltjes en vele andere stoffen kon nauwkeurig worden onderzocht en gemanipuleerd. Ontdekkingen over de manieren waarop kleine hoeveelheden van een stof licht zouden reflecteren, licht absorberen, of gedragsverandering waren talrijk, wat leidt tot de integratie van nanodeeltjes in veel meer producten.

Over hun meting zijn sindsdien discussies ontstaan. Bij het beoordelen van de reactie van cellen of organismen op nanodeeltjes, sommige onderzoekers geven de voorkeur aan het meten van deeltjesaantalconcentraties (door wetenschappers soms PNC's genoemd). Velen vinden PNC's een uitdaging omdat er extra formules moeten worden gebruikt bij het bepalen van de uiteindelijke meting. Anderen geven de voorkeur aan het meten van massa- of oppervlakteconcentraties.

PNC's worden vaak gebruikt voor het karakteriseren van metalen in de chemie. De situatie voor nanodeeltjes is inherent complexer, echter, dan voor opgeloste organische of anorganische stoffen, omdat, in tegenstelling tot opgeloste chemicaliën, nanodeeltjes kunnen in een groot aantal verschillende maten voorkomen en soms aan elkaar plakken wanneer ze aan testmaterialen worden toegevoegd.

"Als je een opgeloste chemische stof hebt, het zal altijd dezelfde molecuulformule hebben, per definitie, Petersen zegt. "Nanodeeltjes hebben niet alleen een bepaald aantal atomen, echter. Sommige zullen 9 nanometer zijn, sommigen zullen 11 zijn, sommigen zijn misschien 18, en sommigen misschien 3."

Het probleem is dat elk van die deeltjes een belangrijke rol kan vervullen. Hoewel een eenvoudige schatting van het aantal deeltjes prima is voor sommige industriële toepassingen, therapeutische toepassingen vereisen veel robuustere metingen. In het geval van kankertherapieën, bijvoorbeeld, elk deeltje, hoe groot of klein ook, kan een noodzakelijk tegengif leveren. En net als bij elke andere dosering, dosering van nanodeeltjes moet exact zijn om veilig en effectief te zijn.

Het gebruik van het bereik van deeltjesgroottes om de PNC te berekenen, zal in de meeste gevallen vaak het nuttigst zijn, zei Petersen. De grootteverdeling gebruikt geen gemiddelde of een gemiddelde, maar geeft de volledige verdeling van de grootte van deeltjes weer, zodat formules kunnen worden gebruikt om effectief te ontdekken hoeveel deeltjes er in een monster zitten.

Maar welke benadering ook wordt gebruikt, onderzoekers moeten er nota van nemen in hun papers, omwille van de vergelijkbaarheid met andere studies. "Ga er niet vanuit dat verschillende benaderingen hetzelfde resultaat zullen opleveren, " hij zei.

Petersen voegt eraan toe dat hij en zijn collega's verrast waren door hoeveel de coatings op nanodeeltjes de meting konden beïnvloeden. Sommige coatings, hij merkte, kan een positieve elektrische lading hebben, klonteren veroorzaken.

Petersen werkte samen met onderzoekers van federale laboratoria in Zwitserland, en met wetenschappers van 3M die eerder veel nanodeeltjesmetingen hebben gedaan voor gebruik in industriële omgevingen. Onderzoekers uit Zwitserland, zoals die in een groot deel van de rest van Europa, willen graag meer leren over het meten van nanodeeltjes, omdat PNC's in veel regelgevende situaties vereist zijn. Er is niet veel informatie over welke technieken het beste zijn of meer kans hebben om de meest nauwkeurige resultaten op te leveren voor veel toepassingen.

"Until now we didn't even know if we could find agreement among labs about particle number concentrations, " Petersen says. "They are complex. But now we are beginning to see it can be done."