Desde la terapia génica y la administración de fármacos hasta la generación de energía y la catálisis, la nanotecnología está revolucionando muchos campos científicos. Es un momento apasionante para participar en la investigación nanotecnológica, pero a medida que los estudios proliferan, también resulta difícil para los investigadores individuales identificar posibles avances.
Recientemente analizamos nuestra metodología novedosa para examinar la CAS Content Collection™, el mayor repositorio de publicaciones científicas curado por expertos, con el fin de desarrollar mapas CAS TrendScape™ de conceptos de nanotecnología. Estos mapas proporcionan una gran cantidad de información en un formato condensado y fácil de leer al agrupar conceptos similares. Nuestro análisis aprovechó técnicas de procesamiento de lenguaje natural (PLN) y la curación humana para sintetizar grandes cantidades de datos y revelar áreas de investigación emergentes.
¿Pierde oportunidades debido a datos desorganizados? Descubra cómo podemos conectar todos sus datos y liberar todo su potencial.
Contacte con el equipo de CASEste análisis puede ampliarse para obtener una mayor perspectiva: al examinar las coocurrencias de conceptos en la literatura, podemos identificar intersecciones prometedoras de nanomateriales y posibles aplicaciones. Este enfoque ayuda a los investigadores a identificar rápidamente ideas emergentes y su relevancia potencial en un panorama de innovación complejo.
Cómo identifican los conceptos clave los mapas CAS TrendScape
Para obtener una visión general del complejo y creciente campo de la nanotecnología, nuestra primera tarea fue identificar el cuerpo de literatura publicada existente. Mediante una consulta de búsqueda personalizada, identificamos cerca de 3 millones de documentos relacionados con la nanotecnología en la CAS Content Collection. A continuación, utilizamos técnicas de preprocesamiento de texto de derivación y lematización en Natural Language Toolkit (NLTK) para identificar frases candidatas en títulos y resúmenes que pudieran señalar temas emergentes.
Tras aplicar parámetros adicionales sobre la tasa de crecimiento de las publicaciones (la diferencia en el número de documentos publicados sobre un tema en comparación con el año anterior) y completar una exhaustiva curación manual, elaboramos una representación gráfica de los conceptos emergentes en materiales, aplicaciones y propiedades a nanoescala (véase la Figura 1). A continuación, nos centramos en las ramas de aplicaciones y materiales para explorar coocurrencias específicas entre los conceptos.
Un análisis basado en PLN revela cómo se conectan las ideas
Para comprender las conexiones entre los conceptos en el mapa TrendScape, realizamos un análisis basado en PLN que cuenta el número de coocurrencias de conceptos individuales en las mismas frases de los resúmenes de las revistas. Esto nos permitió cuantificar el grado de conexión entre dos conceptos cualesquiera. Además, debido a que analizamos la coocurrencia dentro de la misma frase, la probabilidad de una coocurrencia accidental se mantuvo baja.
Contamos el número de títulos y resúmenes de documentos en los que cualquier frase de un tema aparecía en la misma oración que cualquier frase de otro tema. Por ejemplo, un documento donde el término "células solares", "fotovoltaica" o "solar de perovskita" aparecía en la misma frase del resumen que "nanocavidades" o "nanocavidad" se contabilizó como una coocurrencia de los temas "células solares" y "nanocavidades". Aplicamos este análisis a publicaciones de revistas y patentes de 2019-2022 para poder aislar los conceptos emergentes más recientes.
Los gráficos de la Figura 2 muestran el número medio de documentos publicados entre 2019 y 2022 donde pares de términos coocurren en la misma frase (eje x) y la tasa de crecimiento media de los documentos con esas coocurrencias durante el mismo periodo (eje y). Para mayor claridad, las combinaciones se separan en dos figuras, mostrando la coocurrencia de conceptos dentro de los mismos mapas (es decir, términos que aparecen tanto en el mapa de aplicaciones como en el de materiales) y la coocurrencia de términos en mapas diferentes. La tendencia general observada en estos datos es que existe una amplia gama de tasas de crecimiento para las combinaciones con una frecuencia de publicación relativamente baja, con una larga cola que se extiende hacia un alto número de publicaciones pero con tasas de crecimiento relativamente bajas.
The most interesting concept pairs fell into two categories: pairs with a high growth rate, which shows emerging connections between concepts, and pairs with a high number of documents but a low growth rate, suggesting they are more well-established connections.
One important example of a fast-growing co-occurrence is where vaccines and lipid nanoparticles appear prominently. The exceptionally high growth rate of this combination is attributed to the large number of publications relating to COVID-19 vaccines in 2021-2022. The co-occurrence of concepts relating to vaccines at the time this topic was dominant in scientific research helped to validate our methodology.
As we explored co-occurring concepts more deeply, we revealed several other notable emerging topics:
- Nanogenerators: Nanogenerators, specifically triboelectric and piezoelectric nanogenerators, are an important application identified in the CAS TrendScape map of applications. These devices generate electricity from motion through charge separation when two surfaces interact (tribo) or deform (piezo). Their growing frequency in publications is likely due to their use in wearable devices such as sensors and human-machine interfaces.
We analyzed which materials co-occur most often with these applications, and we found that nanofibers and zinc oxide are most prominently associated with nanogenerators, with hydrogels growing quickly as well (see Figure 3). Nanofibers are of particular interest with triboelectric nanogenerators because of their high surface area, flexibility, and the possibility of synthesizing customized nanofiber materials using electrospinning.
- MXenes: MXenes are a class of inorganic 2D materials showing significant growth in research interest. Their main applications include electrocatalysis, photocatalysis, and batteries (see Figure 4). MXenes are well suited to these uses because of their high surface area, conductivity, and versatility by altering their surface functionality and/or combining them with other nanoscale materials such as carbon nanotubes. As the energy transition continues and catalysis and battery energy storage become increasingly important, MXenes may play a key role in maintaining renewable energy sources due to their properties. From composite electrodes with graphene to thermal energy storage applications, MXenes’ morphology, electrical properties, and customizability mean they will be important concepts for years to come.
- Nanoplastics: Nanoplastics are typically defined as polymers being 1 µm or less in size, and they are the result of both intentional manufacturing and the fragmentation of larger plastics. Concerns are growing over nanoplastic waste and pollution impacting the oceans, biological life in general, and human health, and our analysis showed this material co-occurring with concepts including toxicity.
Nanoplastics also co-occurred with other nanoparticles including silver and titanium dioxide in the context of removal from the environment and combined toxic effects. We expect to see continued growth in research interest relating to nanoplastics and potential nanotechnology-driven solutions for environmental remediation.
Innovation happens at the intersection of ideas
Leveraging technology and human expertise to identify emerging concepts in the literature is valuable for better understanding the research landscape in high-impact areas. Examining concept co-occurrence can reveal critical, otherwise unseen connections that help innovators identify investment opportunities and potential new research directions that could lead to the next important breakthrough.
Read more about the latest nanotechnology discoveries in our CAS Insights Report. and in the CAS OMEGA article, "Nanoscience in Action: Unveiling Emerging Trends in Materials and Applications."
