I två nya studier, forskare från hela landet med Duke University-fakulteten i spetsen har börjat utforma ramverket för att bygga det framväxande området nanoinformatik.

Nanoinformatik är, som namnet antyder, kombinationen av forskning i nanoskala och informatik. Den försöker avgöra vilken information som är relevant för området och sedan utveckla effektiva sätt att samla in, bekräfta, Lagra, dela med sig, analysera, modellera och tillämpa den informationen – med det yttersta målet att hjälpa forskare att få nya insikter om människors hälsa, miljön med mera.

I den första tidningen, publicerad den 10 augusti, 2015, i Beilstein Journal of Nanotechnology , forskare börjar samtalet om hur man kan standardisera hur nanoteknikdata kureras.

Eftersom området är ungt och ändå extremt mångsidigt, data samlas in och rapporteras på olika sätt i olika studier, vilket gör det svårt att jämföra äpplen med äpplen. Silvernanopartiklar i ett Floridaträsk skulle kunna bete sig helt annorlunda om de studerades i Amazonfloden. Och även om två studier båda tittar på deras effekter på människor, små variationer som kroppstemperatur, blodets pH-värde eller nanopartiklar bara några nanometer större kan ge olika resultat. För framtida studier för att kombinera flera datauppsättningar för att utforska mer komplexa frågor, forskare måste komma överens om vad de behöver veta när de kurerar nanomaterialdata.

"Vi valde curation som fokus för detta första dokument eftersom det finns så många olika insatser som är över hela vägen när det gäller deras uppdrag, och det enda de alla har gemensamt är att de på något sätt måste lägga in data i sina resurser, sa Christine Hendren, en forskare vid Duke och verkställande direktör för Center for the Environmental Impplications of NanoTechnology (CEINT). "Så vi valde det som kärnan i denna ansträngning att vara så bred som möjligt för att definiera en baslinje för nanoinformatikgemenskapen."

Tidningen är den första i en serie om sex som kommer att utforska vad människor menar – deras ordförråd, definitioner, antaganden, forskningsmiljöer, etc. — när de talar om att samla in data om nanomaterial i digital form. Och för att få alla på samma sida, forskarna söker input från alla intressenter, inklusive de som bedriver grundforskning, studera miljökonsekvenser, utnyttja nanomaterialegenskaper för applikationer, utveckla produkter och skriva statliga föreskrifter.

Den skrämmande uppgiften utförs av Nanomaterial Data Curation Initiative (NDCI), ett projekt från National Cancer Informatics Nanotechnology Working Group (NCIP NanoWG) som leds av ett mångsidigt team av intressenter för nanomaterialdata. Om det lyckas, inte bara kommer dessa olika intressen att kunna kombinera sina data, projektet kommer att belysa vilken data som saknas och hjälpa till att driva forskningsprioriteringarna inom området.

I den andra tidningen, publicerad den 16 juli, 2015, i Vetenskapen om den totala miljön , Hendren och hennes kollegor på CEINT föreslår en ny, standardiserat sätt att studera egenskaperna hos nanomaterial.

"Om vi ​​ska flytta fältet framåt, vi måste kunna komma överens om vilka mätningar som kommer att vara användbara, vilka system de ska mätas i och vilken data som rapporteras, så att vi kan göra jämförelser, sa Hendren.

Den föreslagna strategin använder funktionella analyser – relativt enkla tester utförda i standardiserade, väl beskrivna miljöer – för att mäta nanomaterialbeteende i faktiska system.

För en tid, forskarsamhället för nanomaterial har försökt använda uppmätta nanomaterialegenskaper för att förutsäga resultat. Till exempel, vilken storlek och sammansättning av en nanopartikel är mest sannolikt att orsaka cancer? Problemet, hävdar Mark Wiesner, direktör för CEINT, är att denna fråga är alldeles för komplex för att besvara.

"Miljöforskare använder en parameter som kallas biologiskt syrebehov för att förutsäga hur mycket syre en vattenkropp behöver för att stödja sitt ekosystem, " förklarar Wiesner. "Vad vi i princip försöker göra med nanomaterial är motsvarigheten till att försöka förutsäga syrenivån i en sjö genom att inventera varje levande organism, kartlägga matematiskt alla deras levande mekanismer och interaktioner, lägga ihop allt syre som var och en skulle ta, och använd det numret som en uppskattning. Men det är uppenbarligen löjligt och omöjligt. Så istället, du tar en burk vatten, Skaka om, se hur mycket syre som tas och extrapolera det. Vårt funktionella analyspapper säger att man gör det för nanomaterial."

Tidningen ger förslag på vad nanomaterials "burk med vatten" ska vara. Den identifierar vilka parametrar som bör noteras när man studerar ett specifikt miljösystem, som matsmältningsvätskor eller avloppsvatten, så att de kan jämföras längre fram.

Det föreslår också två meningsfulla processer för nanopartiklar som bör mätas med funktionella analyser:vidhäftningseffektivitet (fastnar den på ytor eller inte) och upplösningshastighet (frisätter den joner).

Genom att beskriva hur ett nanoinformatiskt tillvägagångssätt informerar implementeringen av en funktionell analysteststrategi, Hendren sa:"Vi försöker förutse vad vi vill fråga om uppgifterna på vägen. Om vi ​​samlar in all denna jämförbara data medan vi gör våra forskningsprojekt på kort sikt, vi borde så småningom kunna stödja mer mekanistiska undersökningar för att göra förutsägelser om hur oprövade nanomaterial kommer att bete sig i ett givet scenario."