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The European Nanotechnology Community Informatics Platform: Bridging data and disciplinary gaps for industry and regulators (NanoCommons)

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Promuovere lo sviluppo e la valutazione del rischio dei nanomateriali mediante una piattaforma online

I dati della ricerca sui nanomateriali sono in continua crescita: questo si traduce in nuove tecnologie e prodotti, a condizione che i dati vengano sfruttati, sistematizzati e analizzati in modo efficiente. Una nuova suite di strumenti nanoinformatici organizza i dati in un unico posto, riducendo drasticamente il costo della ricerca e della normativa in materia di nanosicurezza.

Tecnologie industriali

Considerata la presenza di oltre 300 diversi nanomateriali ingegnerizzati sul mercato dell’UE, capire quanto un nanomateriale differisca da un altro in termini di dimensioni, forma e chimica delle superfici per essere classificato come nanoforma distinta o come insieme di nanoforme, secondo la definizione della legislazione europea in materia di sostanze chimiche REACH rappresenta una sfida significativa per l’industria e le autorità di regolamentazione. Le proprietà delle loro superfici sono altamente associate alla loro tossicità. La valutazione dei pericoli e dei rischi è fondamentale per sfruttare con tranquillità tutto il loro potenziale e rispondere alle preoccupazioni del pubblico riguardo alla sicurezza dei prodotti nanotecnologici. Fino ad oggi, i dati della ricerca in materia di nanosicurezza sono stati frammentati e inaccessibili, impedendo di fatto lo sviluppo e la valutazione di nuovi materiali più sicuri.

Approccio integrato alla verifica e alla valutazione dei nanomateriali

Iseult Lynch, docente presso l’Università di Birmingham e coordinatrice del progetto NanoCommons, finanziato dall’UE, dichiara: «Il settore della sicurezza delle nanotecnologie e l’economia europea della conoscenza aperta richiedono la conversione delle scoperte scientifiche in quadri legislativi e applicazioni industriali per materiali (più) sicuri in caso di guasto. Per raggiungere questo obiettivo è assolutamente necessario agire di concerto al fine di integrare, annotare e agevolare l’accesso e il riutilizzo dei set di dati attualmente eterogenei e scarsamente accessibili sul destino e la tossicità dei nanomateriali sull’uomo e sull’ambiente». Per colmare questa lacuna, NanoCommons ha sviluppato e implementato un’infrastruttura di conoscenza che facilita l’armonizzazione dei metodi e dei dati nanoinformatici per la modellizzazione, lo sviluppo di prodotti sicuri in caso di guasto e l’approvazione normativa. Gli strumenti nanoinformatici di NanoCommons forniscono servizi e, soprattutto, idee, concetti e flussi di lavoro che integrano esperimenti in chemico, in vitro e in silico riguardanti le seguenti quattro aree: progettazione e implementazione del flusso di lavoro sperimentale, elaborazione e analisi dei dati, visualizzazione dei dati e tossicità predittiva, archiviazione dei dati e accessibilità online. Questi modelli predittivi contribuiranno a sostituire i costosi esperimenti sugli animali che attualmente costituiscono una parte centrale della valutazione del rischio e della regolamentazione delle sostanze chimiche. Oltre a rendere accessibili i dati e gli approcci nanoinformatici a una comunità di ricerca più ampia, NanoCommons ha operato un cambiamento di mentalità nelle modalità di gestione e condivisione dei dati, di utilizzo degli strumenti di analisi e modellizzazione e di attuazione della ricerca collaborativa. Tra i concetti più importanti introdotti figura quello della gestione dei dati al volo, che prevede la segnalazione dei dati nel momento in cui vengono prodotti in modo strutturato e armonizzato. «Un concetto chiave sviluppato in NanoCommons è quello del pastore di dati, il cui ruolo è quello di “custodire” i dati dal punto di concezione fino al loro deposito in un archivio reperibile, accessibile, interoperabile e riutilizzabile (nonché idealmente aperto), insieme a tutti i metadati necessari per consentirne il riutilizzo», osserva Lynch. Tutti i servizi di NanoCommons e i corrispondenti materiali di formazione sono disponibili nelle seguenti pagine web: (i) Base di conoscenze, (ii) Manuale di orientamento per l’utente, (iii) strumenti/servizi e (iv) materiali di formazione. Lo scambio di conoscenze e l’aggiornamento dei contenuti di ciascuna di queste risorse sono condotti da progetti di approfondimento, come NanoSolveIT e WorldFAIR.

Facilitare la ricerca di nanomateriali

NanoCommons ha inoltre sviluppato e pubblicato il concetto di un’estensione dell’identificatore internazionale delle sostanze chimiche IUPAC (InChI) ai nanomateriali, denominata anche NInChI. Il primo prototipo di implementazione di questa nuova rappresentazione strutturale dei nanomateriali codifica la composizione chimica, le dimensioni, la morfologia, la cristallinità e la chiralità di diversi nanomateriali, caratterizzando al contempo anche complesse strutture core-shell. Lynch riassume le questioni scientifiche che rendono lo sviluppo dei nanomateriali impegnativo ma anche estremamente importante: «I nanomateriali sono definiti non solo dalla disposizione unica degli atomi, ma anche dalle loro proprietà fisico-chimiche. Queste ultime dipendono in parte dall’ambiente e sono spesso medie d’insieme. Pertanto, l’identificatore NInChI rappresenta attualmente lo stato dell’arte nell’armonizzazione dei nanomateriali, consentendo agli utenti di fare riferimento in modo univoco a nanomateriali specifici e di confrontare nanomateriali diversi. L’NInChI dovrebbe essere utilizzato come identificatore persistente per i nanomateriali all’interno di pubblicazioni, banche dati e modelli».

Parole chiave

NanoCommons, nanoinformatica, sviluppo di nanomateriali, nanosicurezza, tossicità predittiva, identificatore internazionale delle sostanze chimiche, InChI

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