Установление основных принципов для исследований в нанотехнологиях
В двух новых исследованиях, возглавляемых учёными из Университета Дьюка, исследователи со всей страны начали разрабатывать основу для формирующейся области наноинформатики.
Наноинформатика — это сочетание наноразмерных исследований и информатики. Её цель — определить, какая информация актуальна для этой области, и разработать эффективные способы сбора, проверки, хранения, обмена, анализа, моделирования и применения этой информации, чтобы помочь учёным получить новые знания о здоровье человека, окружающей среде и многом другом.
Стандартизация данных о наноматериалах
В первой статье, опубликованной 10 августа 2015 года в Beilstein Journal of Nanotechnology, исследователи начинают дискуссию о том, как стандартизировать подход к курированию данных в нанотехнологиях.
Поскольку область молодая и чрезвычайно разнообразная, данные собираются и сообщаются по-разному в разных исследованиях, что затрудняет прямое сравнение. Например, наночастицы серебра в болоте Флориды могут вести себя совершенно иначе, чем в реке Амазонка. Даже если два исследования изучают их влияние на человека, небольшие вариации, такие как температура тела, уровень pH крови или разница в размере наночастиц всего в несколько нанометров, могут дать разные результаты. Чтобы будущие исследования могли объединять несколько наборов данных для изучения более сложных вопросов, учёные должны договориться о том, какая информация необходима при курировании данных о наноматериалах.
"Мы выбрали курирование в качестве темы этой первой статьи, потому что существует так много разрозненных усилий, которые сильно различаются по своим задачам, и единственное, что их всех объединяет, — это то, что им так или иначе приходится вводить данные в свои ресурсы", — сказала Кристин Хендрен, исполнительный директор Центра по изучению экологических последствий нанотехнологий (CEINT) Университета Дьюка.
Статья — первая в серии из шести, в которых будет изучаться терминология, определения, допущения и условия исследований при сборе данных о наноматериалах в цифровой форме. Чтобы добиться единого понимания, исследователи стремятся получить обратную связь от всех заинтересованных сторон: от фундаментальных исследований до изучения экологических последствий, применения свойств наноматериалов, разработки продуктов и государственного регулирования.
Эту сложную задачу решает Инициатива по курированию данных о наноматериалах (NDCI). Если она будет успешной, разрозненные данные можно будет объединять, а проект также выявит, каких данных не хватает, и поможет определить приоритеты исследований в этой области.
Новый стандартизированный подход к изучению свойств
Во второй статье, опубликованной 16 июля 2015 года в Science of The Total Environment, Хендрен и её коллеги из CEINT предлагают новый стандартизированный способ изучения свойств наноматериалов.
"Если мы хотим двигать область вперёд, мы должны договориться о том, какие измерения будут полезны, в каких системах их следует проводить и какие данные сообщать, чтобы мы могли проводить сравнения", — сказала Хендрен.
Предлагаемая стратегия использует функциональные анализы — относительно простые тесты, проводимые в стандартизированных, хорошо описанных условиях, — для измерения поведения наноматериала в реальных системах.
Проблема, по словам Марка Виснера, директора CEINT, в том, что попытки предсказать результат (например, какой размер и состав наночастицы с наибольшей вероятностью вызовет рак) на основе измеренных свойств слишком сложны.
"Исследователи окружающей среды используют параметр, называемый биологической потребностью в кислороде (БПК), чтобы предсказать, сколько кислорода нужно водоёму для поддержания его экосистемы. То, что мы пытаемся сделать с наноматериалами, эквивалентно попытке предсказать уровень кислорода в озере, составив инвентаризацию каждого живого организма, математически описав все их жизненные механизмы и взаимодействия... Вместо этого вы берёте банку с водой, встряхиваете её, смотрите, сколько кислорода поглощается, и экстраполируете этот результат. Наша статья о функциональных анализах предлагает делать то же самое для наноматериалов", — объясняет Виснер.
В статье даются рекомендации, чем может быть "банка с водой" для наноматериалов. В ней определяются параметры, которые следует фиксировать при изучении конкретной системы (например, пищеварительных жидкостей или сточных вод), чтобы их можно было сравнивать в будущем. Также предлагается измерять с помощью функциональных анализов два ключевых процесса для наночастиц:
- Эффективность прилипания (прилипает ли она к поверхностям).
- Скорость растворения (высвобождает ли она ионы).
Такой подход позволяет накапливать сопоставимые данные, которые в будущем могут поддержать более механистические исследования для прогнозирования поведения непроверенных наноматериалов в заданном сценарии.