Skalen von Deskriptoren – vom ganzen Nanopartikel über die Einheitszelle bis hin zu einzelnen Atomen. Bildnachweis: Universität Birmingham
Forscher haben eine „Bibliothek mit Eigenschaften“ entwickelt, um die Umweltauswirkungen von Nanomaterialien schneller und kostengünstiger zu ermitteln.
Während Nanomaterialien einer Vielzahl von Branchen zugute gekommen sind und das tägliche Leben revolutioniert haben, gibt es Bedenken hinsichtlich möglicher nachteiliger Wirkungen – einschließlich toxischer Wirkungen nach Anreicherung in verschiedenen Organen und indirekter Wirkungen durch den Transport von Co-Schadstoffen.
Das von der Europäischen Union H2020 finanzierte NanoSolveIT-Projekt entwickelt einen bahnbrechenden computergestützten integrierten Ansatz zum Testen und Bewerten (IATA) für die Umweltgesundheit und -sicherheit von Nanomaterialien.
In den letzten zwei Jahren haben Forscher der Universität von Birmingham haben mit Experten von NovaMechanics in Nicosia, Zypern, zusammengearbeitet, um ein Entscheidungsunterstützungssystem in Form einer eigenständigen offenen Software und einer Cloud-Plattform zu entwickeln.
Das Team hat eine frei verfügbare Cloud-Bibliothek entwickelt, die eine vollständige physikalisch-chemische Charakterisierung von 69 Nanomaterialien sowie berechnete molekulare Deskriptoren enthält, um den Wert der verfügbaren Informationen zu erhöhen, deren Einzelheiten in NanoImpact veröffentlicht sind.
Professor Iseult Lynch von der University of Birmingham kommentierte: „Eine der Einschränkungen für eine weit verbreitete Anwendung computergestützter Ansätze ist der Mangel an großen, gut organisierten Datensätzen hoher Qualität oder an Daten mit angemessenen Metadaten, die die Interoperabilität von Datensätzen und ihre Kombination, um größere Datensätze zu erstellen.
„Die Bereitstellung der Bibliothek berechneter und experimenteller Deskriptoren für die Community zusammen mit der detaillierten Beschreibung, wie sie berechnet wurden, ist ein wichtiger erster Schritt, um diese Datenlücke zu schließen.“
Die Entwicklung der Cloud-basierten Nanomaterialbibliothek ist die fünfte frei verfügbare webbasierte Anwendung, die das Projekt geliefert hat.
Antreas Afantitis von NovaMechanics kommentierte: „In den letzten zwei Jahren hat dieses Projekt mit mehr als 30 Veröffentlichungen bereits einige sehr beeindruckende Ergebnisse vorgelegt, was NanoSolveIT zu einem der aktivsten Projekte im Bereich Nanomaterialsicherheit und Informatik macht.“
Besorgnis über Nanomaterialien kommt auch auf, da die Risikobewertung hinter der Produktentwicklung zurückbleibt, hauptsächlich weil aktuelle Ansätze zur Bewertung von Exposition, Gefahren und Risiken teuer und zeitaufwändig sind und häufig Tests in Tiermodellen beinhalten. Das NanoSolveIT-Projekt strebt danach, diese Herausforderungen anzugehen.
Die neueste Entwicklung zielt darauf ab, unser Wissen über die Eigenschaften von Nanomaterialien und den Zusammenhang zwischen Eigenschaft und (zytotoxischer) Wirkung zu erweitern. Der angereicherte Datensatz enthält über 70 Deskriptoren pro Nanomaterial.
Der Datensatz wurde verwendet, um einen computergestützten Arbeitsablauf zu entwickeln, um die effektive Oberflächenladung (Zeta-Potential) von Nanomaterialien basierend auf einer Reihe von Deskriptoren vorherzusagen, die verwendet werden können, um bei der Entwicklung und Herstellung sichererer und funktionellerer Nanomaterialien zu helfen.
Das resultierende prädiktive Analogiemodell wurde öffentlich und frei verfügbar gemacht als Internetservice durch das Horizon 2020 (H2020) NanoCommons-Projekt und über das H2020 NanoSolveIT Cloud-Plattform Zugänglichkeit für die Community und interessierte Stakeholder zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist der vollständige Datensatz, bereit für die weitere Computermodellierung, über die NanoPharos-Datenbank verfügbar, da das Projektkonsortium die FAIR-Datenprinzipien unterstützt und sich dazu verpflichtet, seine Daten auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar zu machen.
