Tidigare försök att fastställa hälso- och miljöeffekterna av de nanopartiklar som används i hundratals konsumentprodukter kan ha gett missvisande resultat genom att anamma traditionella toxikologiska tester som inte tar hänsyn till de unika egenskaperna hos materialbitar så små att 100, 000 kan passa i perioden i slutet av denna mening.

Det var bland observationerna som presenterades här idag vid det 245:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS), av en av de framväxande ledarna inom nanovetenskaplig forskning. Talet av Christy Haynes, Ph.D., var bland nästan 12, 000 presentationer på sammankomsten.

Haynes höll den inledande föreläsningen om Kavli Foundation Emerging Leader in Chemistry vid mötet, hålls i Ernest N. Morial Convention Center och hotell i centrum. Sponsrad av Kavli Foundation, Emerging Leaders-föreläsningarna uppmärksammar framstående unga kemiska forskares arbete. Dessa nya presentationer kommer att rikta rampljuset på forskare som är yngre än 40 år och inte mer än 10 år från att ta sina doktorsexamen när de nomineras, och som har gjort exceptionella prestationer inom vetenskaplig eller teknisk forskning. Denna föreläsningsserie kommer att pågå från 2013 till 2015 och ansluter sig till den befintliga serien "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture".

"Christy Haynes är den perfekta vetenskapsmannen att lansera denna prestigefyllda föreläsningsserie, " sa Marinda Li Wu, Ph.D., ordförande för ACS. "Haynes forskning slår igenom i det vetenskapliga samfundet i ansträngningarna att använda nanopartiklar och nanoteknik inom medicin och andra områden. Och den forskningen har väckt den populära fantasin, också. Haynes ingick i Populär vetenskap s 'Brilliant 10'-lista, en grupp "genier som skakar om vetenskapen idag." Vi är glada över att samarbeta med Kavli Foundation för att lyfta fram bidragen från sådana individer."

"Kavli Foundation är glada över att stödja en serie som uppmärksammar exceptionella unga forskare inom kemi. Att erkänna dessa framstående unga kemister kommer att inspirera andra och bidra till att skapa en levande framtid inom området, sa Fred Kavli, grundare och ordförande för Kavlistiftelsen. Lade till Bob Conn, ordförande för stiftelsen, "Ljus, unga forskare besitter energin, motivation och en "kan göra"-attityd för att föra vetenskapen framåt. Det är ofta i detta skede som forskarna gör sitt mest innovativa arbete."

Kavli Foundation är dedikerad till att främja vetenskapen till förmån för mänskligheten, främja allmänhetens förståelse för vetenskaplig forskning och stödja vetenskapsmän och deras arbete. Stiftelsen genomför sitt uppdrag genom ett internationellt program av forskningsinstitut inom områdena astrofysik och teoretisk fysik, nanovetenskap och neurovetenskap, och genom stöd av konferenser, symposier, begåvade professurer, journalistikworkshops och andra aktiviteter.

Serien "Kavli Foundation Innovations in Chemistry Lecture" debuterade i mars 2011 och kommer att fortsätta under 2013. Dessa föreläsningar kommer att ta itu med det akuta behovet av kraftfulla, ny, "utanför boxen"-tänkande, när forskare tar sig an många av världens växande utmaningar, som klimatförändringar, nya sjukdomar, och vatten- och energibrist. Kavlistiftelsen, en internationellt erkänd filantropisk organisation känd för sitt stöd till grundläggande vetenskaplig innovation, gick med på att sponsra föreläsningarna i samarbete med ACS 2010.

Wu berömde också Kavli Foundation för dess stöd till föreläsningarna och ledarskapet för en lång rad andra aktiviteter för att främja vetenskapen. "Kavli Foundation och American Chemical Society är utmärkta partners med anmärkningsvärt liknande uppdrag, " sade Wu. "ACS uppdrag talar om att främja vetenskapen om kemi "till förmån för jorden och dess människor." Jag är glad över att dessa två organisationer kan arbeta tillsammans i sitt engagemang för att uppnå dessa mål."

Haynes, som är vid University of Minnesota, förklarade att när tillverkare började använda eller överväga användning av nanopartiklar i konsumentprodukter och andra produkter, oro över de möjliga hälso- och miljöeffekterna. Mer än 800 konsumentprodukter baserade på nanoteknologi finns på marknaden, enligt vissa uppskattningar. Ett nytt fält som ibland kallas "nanotoxicology" uppstod under de senaste 10 åren för att undersöka dessa farhågor.

"Det första arbetet fokuserade på att använda de toxikologiska testerna som hade använts i flera år för att utvärdera bulkmaterial, " sa Haynes. "Nanopartiklar, dock, är i sig olika. En nanopartikel av material som används i mat eller en kosmetisk lotion kan innehålla bara några få atomer, eller några tusen atomer. Normalstora bitar av samma material kan innehålla miljarder atomer. Den skillnaden gör att nanopartiklar beter sig annorlunda än sina bulkmotsvarigheter."

En 1-ounce klumpa av rent guld, till exempel, har samma kemiska och fysikaliska egenskaper som en 2-ounce nugget eller en 27-pund guldtacka. För nanopartiklar, dock, storlek dikterar ofta de fysikaliska och kemiska egenskaperna, och dessa egenskaper ändras när storleken minskar.

Haynes said that some of the earlier nanotoxicology tests did not fully take those and other factors into account when evaluating the effects of nanoparticles. I vissa fall, till exempel, the bottom line in those tests was whether cells growing in laboratory cultures lived or died after exposure to a nanoparticle.

"While these results can be useful, there are two important limitations, " Haynes explained. "A cell can be alive but unable to function properly, and it would not be apparent in those tests. Dessutom, the nature of nanoparticles—they're more highly reactive—can cause 'false positives' in these assays."

Haynes described a new approach used in her team's work in evaluating the toxicity of nanoparticles. It focuses on monitoring how exposure to nanoparticles affects a cell's ability to function normally, rather than just its ability to survive the exposure. Dessutom, they have implemented measures to reduce "false-positive" test results, which overestimate nanoparticle toxicity. One of the team's safety tests, till exempel, determines whether key cells in the immune system can still work normally after exposure to nanoparticles. I en annan, the scientists determine whether bacteria exposed to nanoparticles can still communicate with each other, engaging in the critical biochemical chatter that enables bacteria to form biofilms, communities essential for them to multiply in ways that lead to infections.

"Än så länge, we have found that nanoparticles made of silver or titanium may be the most problematic, though I would say that neither is as bad as some of the alarmist media speculations, especially when they are stabilized appropriately, " said Haynes. "I think that it will be possible to create safe, stable coatings on nanoparticles that will make them stable and allow them to leave the body appropriately. We need more research, självklart, in order to make informed decisions."

This area of research—how nanoparticles interact with biological and ecological systems—is the focus of a newly funded multi-institutional partnership that includes Haynes' team. It is the Center for Sustainable Nanotechnology, funded by the National Science Foundation Division of Chemistry through the Centers for Chemical Innovation Program.

Haynes' work has led to her involvement in two large bioethics efforts funded by the National Institutes of Health that made recommendations about how to regulate nanoparticles for biomedical use. "I was one of a few scientists in rooms full of lawyers, ethicists and philosophers, " she explained. "My job was to provide the bench scientist's perspective on the definitions and recommendations. Both projects produced recommendations that were presented directly to officials in the U.S. Food and Drug Administration, the U.S. Environmental Protection Agency, the National Institute for Occupational Safety and Health and other agencies."