p A forma como as nanopartículas se comportam no meio ambiente é extremamente complexa. Atualmente, há uma falta de dados experimentais sistemáticos para ajudar a entendê-los de forma abrangente, como os cientistas ambientais da ETH mostraram em um grande estudo de visão geral. Uma abordagem mais padronizada ajudaria a avançar no campo de pesquisa. p A indústria da nanotecnologia está crescendo. Todo ano, vários milhares de toneladas de nanopartículas artificiais são produzidas em todo o mundo; cedo ou tarde, uma certa parte deles vai acabar em corpos d'água ou solo. Mas mesmo os especialistas acham difícil dizer exatamente o que acontece com eles lá. É uma questão complexa, não apenas porque existem muitos tipos diferentes de nanopartículas artificiais (projetadas), mas também porque as partículas se comportam de maneira diferente no ambiente dependendo das condições prevalecentes.

p Pesquisadores liderados por Martin Scheringer, Cientista Sênior do Departamento de Química e Biociências Aplicadas, queria esclarecer esta questão. Eles revisaram 270 estudos científicos, e quase 1, 000 experimentos de laboratório descritos neles, à procura de padrões no comportamento de nanopartículas projetadas. O objetivo era fazer previsões universais sobre o comportamento das partículas.

p Partículas se ligam a tudo

p Contudo, os pesquisadores encontraram uma imagem muito confusa quando examinaram os dados. "A situação é mais complexa do que muitos cientistas teriam previsto, "diz Scheringer." Precisamos reconhecer que não podemos traçar um quadro uniforme com os dados disponíveis para nós hoje. "

p Nicole Sani-Kast, aluna de doutorado do grupo de Scheringer e primeira autora da análise publicada na revista PNAS , acrescenta:"As nanopartículas projetadas se comportam de maneira muito dinâmica e são altamente reativas. Elas se ligam a tudo o que encontram:a outras nanopartículas para formar aglomerados, ou a outras moléculas presentes no meio ambiente. "

p Análise de rede

p Ao que exatamente as partículas reagem, e com que rapidez, depende de vários fatores, como a acidez da água ou do solo, a concentração dos minerais e sais existentes, e acima de tudo, a composição das substâncias orgânicas dissolvidas na água ou presentes no solo. O fato de que as nanopartículas projetadas geralmente têm um revestimento de superfície torna as coisas ainda mais complicadas. Dependendo das condições ambientais, as partículas retêm ou perdem seu revestimento, o que, por sua vez, influencia seu comportamento de reação.

p Para avaliar os resultados disponíveis na literatura, Sani-Kast usou uma análise de rede pela primeira vez neste campo de pesquisa. É uma técnica familiar em pesquisa social para medir redes de relações sociais, e permitiu que ela mostrasse que os dados disponíveis nas nanopartículas projetadas são inconsistentes, insuficientemente diverso e mal estruturado.

p Mais método para aprendizado de máquina

p "Se mais estruturado, dados consistentes e suficientemente diversificados estavam disponíveis, pode ser possível descobrir padrões universais usando métodos de aprendizado de máquina, "diz Scheringer, "mas ainda não chegamos lá." Dados experimentais estruturados suficientes devem primeiro estar disponíveis.

p “Para que a comunidade científica realize esses experimentos de forma sistemática e padronizada, algum tipo de coordenação é necessária, "acrescenta Sani-Kast, mas ela está ciente de que esse trabalho é difícil de coordenar. Os cientistas são geralmente bem conhecidos por preferirem explorar novos métodos e condições em vez de realizar experimentos padronizados de rotina.

p Distinguir nanopartículas artificiais e naturais

p Além da falta de pesquisas sistemáticas, há também um segundo problema tangível na pesquisa do comportamento das nanopartículas projetadas:muitas nanopartículas projetadas consistem em compostos químicos que ocorrem naturalmente no solo. Até agora tem sido difícil medir as partículas projetadas no ambiente, pois é difícil distingui-las de partículas que ocorrem naturalmente com a mesma composição química.

p Contudo, pesquisadores do Departamento de Química e Biociências Aplicadas da ETH Zurique, sob a direção do Professor Detlef Günther da ETH, estabeleceram recentemente um método eficaz que torna essa distinção possível em investigações de rotina. Eles usaram uma técnica de espectrometria de massa de última geração e altamente sensível (chamada espectrometria de massa spICP-TOF) para determinar quais elementos químicos compõem nanopartículas individuais em uma amostra.

p Em colaboração com cientistas da Universidade de Viena, os pesquisadores da ETH aplicaram o método a amostras de solo com partículas naturais contendo cério, no qual eles misturaram nanopartículas de dióxido de cério projetadas. Usando métodos de aprendizado de máquina, que eram ideais para este problema específico, os pesquisadores foram capazes de identificar diferenças nas impressões digitais químicas das duas classes de partículas. "Embora as nanopartículas produzidas artificialmente geralmente consistam em um único composto, nanopartículas naturais geralmente ainda contêm uma série de elementos químicos adicionais, "explica Alexander Gundlach-Graham, um pós-doutorado no grupo de Günther.

p O novo método de medição é muito sensível:os cientistas foram capazes de medir partículas projetadas em amostras com até cem vezes mais partículas naturais.