Ce mésocosme utilisé par le Centre pour les implications environnementales des nanotechnologies est fondamentalement un petit écosystème autonome avec des capteurs intégrés qui est utilisé pour étudier comment les nanoparticules interagissent avec tous les aspects d'un système naturel. Crédit :Université Duke
Dans deux nouvelles études, des chercheurs de tout le pays dirigés par le corps professoral de l'Université Duke ont commencé à concevoir le cadre sur lequel construire le domaine émergent de la nanoinformatique.
La nanoinformatique est, comme le nom l'indique, la combinaison de la recherche à l'échelle nanométrique et de l'informatique. Il tente de déterminer quelles informations sont pertinentes pour le domaine, puis de développer des moyens efficaces de collecter, valider, boutique, partager, analyser, modéliser et appliquer ces informations, dans le but ultime d'aider les scientifiques à acquérir de nouvelles connaissances sur la santé humaine, l'environnement et plus encore.
Dans le premier article, publié le 10 août 2015, dans le Beilstein Journal de nanotechnologie , les chercheurs commencent la conversation sur la façon de normaliser la façon dont les données nanotechnologiques sont conservées.
Parce que le domaine est jeune et pourtant extrêmement diversifié, les données sont collectées et rapportées de différentes manières dans différentes études, rendant difficile la comparaison de pommes avec des pommes. Les nanoparticules d'argent dans un marais de Floride pourraient se comporter de manière totalement différente si elles étaient étudiées dans le fleuve Amazone. Et même si deux études examinent toutes deux leurs effets chez l'homme, légères variations comme la température corporelle, Des niveaux de pH sanguin ou des nanoparticules de quelques nanomètres seulement plus gros peuvent donner des résultats différents. Pour que les études futures combinent plusieurs ensembles de données pour explorer des questions plus complexes, les chercheurs doivent se mettre d'accord sur ce qu'ils doivent savoir lors de la conservation des données sur les nanomatériaux.
"Nous avons choisi la curation comme thème central de ce premier article parce qu'il y a tellement d'efforts disparates qui sont partout sur la route en termes de leurs missions, et la seule chose qu'ils ont tous en commun, c'est qu'ils doivent d'une manière ou d'une autre entrer des données dans leurs ressources, " a déclaré Christine Henren, chercheur à Duke et directeur exécutif du Center for the Environmental Implications of NanoTechnology (CEINT). "Nous avons donc choisi cela comme le noyau de cet effort pour être aussi large que possible dans la définition d'une base de référence pour la communauté de la nanoinformatique."
L'article est le premier d'une série de six qui explorera ce que les gens veulent dire :leur vocabulaire, définitions, hypothèses, environnements de recherche, etc.—quand ils parlent de la collecte de données sur les nanomatériaux sous forme numérique. Et pour que tout le monde soit sur la même longueur d'onde, les chercheurs sollicitent l'avis de toutes les parties prenantes, y compris ceux qui mènent des recherches fondamentales, étudier les implications environnementales, exploiter les propriétés des nanomatériaux pour des applications, développer des produits et rédiger des règlements gouvernementaux.
La tâche ardue est entreprise par la Nanomaterial Data Curation Initiative (NDCI), un projet du National Cancer Informatics Nanotechnology Working Group (NCIP NanoWG) dirigé par une équipe diversifiée de parties prenantes des données sur les nanomatériaux. En cas de succès, non seulement ces intérêts disparates pourront combiner leurs données, le projet mettra en évidence les données manquantes et aidera à définir les priorités de recherche du domaine.
Dans le deuxième article, publié le 16 juillet 2015, dans Science de l'environnement total , Hendren et ses collègues du CEINT proposent un nouveau manière standardisée d'étudier les propriétés des nanomatériaux.
« Si nous voulons faire avancer le domaine, nous devons pouvoir nous mettre d'accord sur les mesures qui seront utiles, dans quels systèmes ils doivent être mesurés et quelles données sont rapportées, afin que nous puissions faire des comparaisons, " dit Henren.
La stratégie proposée utilise des tests fonctionnels - des tests relativement simples effectués dans des environnements bien décrits - pour mesurer le comportement des nanomatériaux dans des systèmes réels.
Pour quelques temps, la communauté de recherche sur les nanomatériaux a essayé d'utiliser les propriétés mesurées des nanomatériaux pour prédire les résultats. Par exemple, quelle taille et composition d'une nanoparticule est la plus susceptible de provoquer le cancer ? Le problème, fait valoir Mark Wiesner, directeur du CEINT, est que cette question est beaucoup trop complexe pour y répondre.
"Les chercheurs en environnement utilisent un paramètre appelé demande biologique en oxygène pour prédire la quantité d'oxygène dont une masse d'eau a besoin pour soutenir son écosystème, " explique Wiesner. " En gros, ce que nous essayons de faire avec les nanomatériaux, c'est l'équivalent d'essayer de prédire le niveau d'oxygène dans un lac en faisant l'inventaire de chaque organisme vivant, cartographier mathématiquement tous leurs mécanismes vivants et interactions, additionner tout l'oxygène que chacun prendrait, et utilisez ce nombre comme estimation. Mais c'est évidemment ridicule et impossible. Donc au lieu, tu prends un pot d'eau, secoue le, voir combien d'oxygène est pris et extrapoler cela. Notre document de test fonctionnel dit de faire cela pour les nanomatériaux. »
Le document fait des suggestions sur ce que devrait être le « pot d'eau » des nanomatériaux. Il identifie quels paramètres doivent être notés lors de l'étude d'un système environnemental spécifique, comme les fluides digestifs ou les eaux usées, afin qu'ils puissent être comparés sur la route.
Il suggère également deux processus significatifs pour les nanoparticules qui devraient être mesurés par des tests fonctionnels :l'efficacité de fixation (est-ce qu'elle adhère aux surfaces ou non) et la vitesse de dissolution (elle libère des ions).
En décrivant comment une approche nanoinformatique éclaire la mise en œuvre d'une stratégie de test d'analyse fonctionnelle, Hendren a déclaré : « Nous essayons d'anticiper ce que nous voulons demander aux données plus tard. Si nous mettons toutes ces données comparables en banque tout en faisant nos projets de recherche à court terme, nous devrions éventuellement être en mesure de soutenir des investigations plus mécanistes pour faire des prédictions sur la façon dont les nanomatériaux non testés se comporteront dans un scénario donné."
