De minuscules nanoparticules jouent un rôle gargantuesque dans la vie moderne, même si la plupart des consommateurs ignorent leur présence. Ils fournissent des ingrédients essentiels dans les lotions solaires, prévenir le champignon du pied d'athlète dans les chaussettes, et combattre les microbes sur les bandages. Ils rehaussent les couleurs des bonbons populaires et gardent le sucre en poudre sur les beignets en poudre. Ils sont même utilisés dans des médicaments avancés qui ciblent des types de cellules spécifiques dans les traitements contre le cancer.

Lorsque les chimistes analysent un échantillon, cependant, il est difficile de mesurer les tailles et les quantités de ces particules - qui sont souvent 100, 000 fois plus petite que l'épaisseur d'un morceau de papier. La technologie offre de nombreuses options pour évaluer les nanoparticules, mais les experts ne sont pas parvenus à un consensus sur la meilleure technique.

Dans un nouvel article du National Institute of Standards and Technology (NIST) et des institutions collaboratrices, les chercheurs ont conclu que la mesure de la gamme de tailles dans les nanoparticules, au lieu de simplement la taille moyenne des particules, est optimale pour la plupart des applications.

"Cela semble être un choix simple, " a déclaré Elijah Petersen du NIST, l'auteur principal de l'article, qui a été publié aujourd'hui dans Sciences de l'environnement :nano . "Mais cela peut avoir un impact important sur le résultat de votre évaluation."

Comme pour de nombreuses questions de mesure, la précision est la clé. L'exposition à une certaine quantité de certaines nanoparticules pourrait avoir des effets néfastes. Les chercheurs pharmaceutiques ont souvent besoin d'exactitude pour maximiser l'efficacité d'un médicament. Et les scientifiques de l'environnement doivent savoir, par exemple, combien de nanoparticules d'or, l'argent ou le titane pourraient potentiellement causer un risque pour les organismes dans le sol ou l'eau.

L'utilisation de plus de nanoparticules que nécessaire dans un produit en raison de mesures incohérentes pourrait également faire perdre de l'argent aux fabricants.

Bien qu'ils puissent sembler ultramodernes, les nanoparticules ne sont ni nouvelles ni basées uniquement sur des procédés de fabrication de haute technologie. Une nanoparticule n'est en réalité qu'une particule submicroscopique qui mesure moins de 100 nanomètres sur au moins une de ses dimensions. Il serait possible d'en placer des centaines de milliers sur la tête d'une épingle. Ils sont passionnants pour les chercheurs car de nombreux matériaux agissent différemment à l'échelle nanométrique qu'à plus grande échelle, et les nanoparticules peuvent être faites pour faire beaucoup de choses utiles.

Les nanoparticules sont utilisées depuis l'époque de l'ancienne Mésopotamie, lorsque les artistes céramistes utilisaient des morceaux de métal extrêmement petits pour décorer des vases et autres récipients. Dans la Rome du IVe siècle, les artisans verriers broyaient le métal en minuscules particules pour changer la couleur de leurs articles sous différents éclairages. Ces techniques ont été oubliées pendant un certain temps mais redécouvertes dans les années 1600 par des fabricants ingénieux pour la fabrication du verre. Puis, dans les années 1850, Le scientifique Michael Faraday a fait des recherches approfondies sur les moyens d'utiliser divers types de mélanges de lavage pour modifier les performances des particules d'or.

La recherche moderne sur les nanoparticules a progressé rapidement au milieu du 20e siècle grâce aux innovations technologiques en optique. Pouvoir voir les particules individuelles et étudier leur comportement a élargi les possibilités d'expérimentation. Les plus grandes avancées sont venues, cependant, après le décollage de la nanotechnologie expérimentale dans les années 1990. Soudainement, le comportement de particules isolées d'or et de nombreuses autres substances pourrait être examiné de près et manipulé. Des découvertes sur les façons dont de petites quantités d'une substance réfléchissent la lumière, absorber la lumière, ou les changements de comportement étaient nombreux, conduisant à l'incorporation de nanoparticules dans de nombreux autres produits.

Des débats ont suivi depuis sur leur mesure. Lors de l'évaluation de la réponse des cellules ou des organismes aux nanoparticules, certains chercheurs préfèrent mesurer les concentrations en nombre de particules (parfois appelées PNC par les scientifiques). Beaucoup trouvent les PNC difficiles car des formules supplémentaires doivent être utilisées lors de la détermination de la mesure finale. D'autres préfèrent mesurer les concentrations en masse ou en surface.

Les PNC sont souvent utilisés pour caractériser les métaux en chimie. La situation des nanoparticules est intrinsèquement plus complexe, cependant, que pour les substances organiques ou inorganiques dissoutes car contrairement aux produits chimiques dissous, Les nanoparticules peuvent avoir une grande variété de tailles et parfois se coller les unes aux autres lorsqu'elles sont ajoutées aux matériaux d'essai.

"Si vous avez un produit chimique dissous, il aura toujours la même formule moléculaire, par définition, " dit Petersen. " Les nanoparticules n'ont pas seulement un certain nombre d'atomes, toutefois. Certains feront 9 nanomètres, certains auront 11 ans certains peuvent avoir 18 ans, et certains pourraient être 3."

Le problème est que chacune de ces particules peut jouer un rôle important. Alors qu'une simple estimation du nombre de particules convient parfaitement à certaines applications industrielles, les applications thérapeutiques nécessitent des mesures beaucoup plus robustes. Dans le cas des thérapies anticancéreuses, par exemple, chaque particule, peu importe qu'il soit grand ou petit, peut fournir un antidote nécessaire. Et comme pour tout autre type de dosage, Le dosage des nanoparticules doit être exact pour être sûr et efficace.

L'utilisation de la gamme de tailles de particules pour calculer le PNC sera souvent la plus utile dans la plupart des cas, dit Petersen. La distribution des tailles n'utilise pas de moyenne ou de moyenne, mais note la distribution complète des tailles de particules afin que les formules puissent être utilisées pour découvrir efficacement le nombre de particules dans un échantillon.

Mais quelle que soit l'approche utilisée, les chercheurs doivent le noter dans leurs articles, dans un souci de comparabilité avec d'autres études. "Ne présumez pas que des approches différentes vous donneront le même résultat, " il a dit.

Petersen ajoute que lui et ses collègues ont été surpris par l'impact des revêtements sur les nanoparticules sur la mesure. Certains revêtements, il a noté, peut avoir une charge électrique positive, provoquant l'agglutination.

Petersen a travaillé en collaboration avec des chercheurs de laboratoires fédéraux en Suisse, et avec des scientifiques de 3M qui ont déjà effectué de nombreuses mesures de nanoparticules pour une utilisation en milieu industriel. Chercheurs de Suisse, comme ceux d'une grande partie du reste de l'Europe, souhaitent en savoir plus sur la mesure des nanoparticules car les PNC sont nécessaires dans de nombreuses situations réglementaires. Il n'y a pas eu beaucoup d'informations sur les techniques qui sont les meilleures ou les plus susceptibles de donner les résultats les plus précis dans de nombreuses applications.

"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."