「どんな物質でも、100ナノメートル未満の大きさに微細化すると、その種類を問わず、新たな特性を持つようになります」と、ノースウェスタン大学化学（および材料科学、工学、医学、生物医学工学、化学生物工学）教授のチャド・マーキン氏は語る。これがナノ粒子を未来の材料たらしめている理由である。ナノ粒子は、より大きな粒子と比較して、奇妙な化学的・物理的特性を示す。ナノ粒子において重要なのは、そのサイズである。
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ナノスケールの物質は、日焼け止めから化学触媒、抗菌剤まで、あらゆるものに利用されています。身近なものから人命を救うものまで、実に様々です。「クリスマスパーティーでワインをこぼした時、本当にショックでした。白いカーペットに赤ワインがこぼれたんです。でも、すぐに拭き取れました」とマーキン氏は振り返ります。「カーペットにコーティングされているナノ粒子が、物質がカーペットに吸収されてシミになるのを防いでくれるんです。」
より高度な分野では、研究者たちはがん、感染症、さらには遺伝子のスクリーニングに用いられるナノスケールのアッセイを開発しています。DNAをドープした金ナノ粒子は、人の血流中の細菌を検出し、患者が感染症にかかっているかどうか、またその種類を判定するために使用できます。また、がんの存在を反映する免疫システムの変化を検出するためにも使用できます。ナノフレアは細胞の遺伝子含有量を測定し、医師が選択した特定の細胞（がん、幹細胞、あるいは新薬に使用される低分子への反応など）を検出すると、光（フレア）を発します。
では、なぜナノスケールの物質はこのように振る舞うのでしょうか？そのスケールによって、原子とその構成要素の間には独特な相互作用が生じます。そして、その相互作用にはいくつかの方法があります。非生物由来のナノ粒子については、ボウリングのボールとその中のすべての原子がどこに位置しているかを想像すると分かりやすいでしょう。大部分の原子はボールの中にあり、限られた数の原子が表面に存在し、空気や木製のレーンと相互作用しています。ボール内部の原子は、自分と同じ原子と相互作用しますが、表面の原子は、自分とは全く異なる原子と相互作用します、とミルキン氏は説明します。では、このボールを分子スケールに縮小してみましょう。
「粒子が小さくなるほど、表面原子とバルク原子の比率は高くなります」と彼は述べた。「より大きなスケールでは、表面にある原子は比較的重要ではありません。しかし、ナノスケールでは、ほぼすべてが表面で構成されている粒子が存在する可能性があります。これらの原子は、材料全体の特性に非常に大きく寄与し始めます。」
これらの相互作用は電子機器にも応用されており、グラフェンや量子ドットのような材料は超小型コンピュータや通信機器に有用です。ナノスケールの材料は、電子が動き回れる面積が小さくなります。そして、現在の研究にとっておそらく最も重要なのは、ナノスケールでは生物学と同じスケールであるということです。
ミルキン氏によると、こうした様々な用途と将来の可能性を考えると、ほとんどの人はナノテクノロジーを日常生活に取り入れているものの、実際にはそれが何を意味するのかを知らない人が多いという。日焼け止めのような物議を醸す用途でさえ、かなり広く利用されており、しかもその用途を知らない人も多い。
「その多くは、私たちが購入して意識することさえない従来の製品に組み込まれるでしょう」とマーキン氏は述べた。「物を小さくすること自体に、本質的に良いとか悪いとかいうものはありません。結局のところ、問題は、それらが何をするのか、そして何のために使われるのかということです。用途を踏まえ、適切な安全分析とその影響について検討したでしょうか？そして今のところ、私たちはかなり良い仕事をしてきたと思っています。」
