A Base XVI do Acordo Ortográfico de 1990 (Do hífen na prefixação, recomposição e sufixação), estipula o seguinte:
1. Nas formações com prefixos (como, por exemplo: ante-, anti-, circum-, co-, contra-, entre-, extra-, hiper-, infra-, intra-, pós-, pré-, pró-, sobre-, sub-, super-, supra-, ultra-, etc.) e em formações por recomposição, isto é, com elementos não autónomos ou falsos prefixos, de origem grega e latina (tais como: aero-, agro-, arqui-, auto-, bio-, eletro-, geo-, hidro-, inter-, macro-, maxi-, micro-, mini-, multi-, neo-, pan-, pluri-, proto, pseudo, retro-, semi-, tele-, etc.), só se emprega o hífen nos seguintes casos:
a) Nas formações em que o segundo elemento começa por h: anti-higiénico/anti-higiênico, circum-hospitalar, co-herdeiro, contra-harmónico/contra-harmônico, extra-humano, pré-história, sub-hepático, super-homem, ultra-hiperbólico; arquihipérbole, eletro-higrómetro, geo-história, neo-helénico/neo-helênico, pan-helenismo, semi-hospitalar. [...]
b) Nas formações em que o prefixo ou pseudoprefixo termina na mesma vogal com que se inicia o segundo elemento: anti-ibérico, contra-almirante, infra-axilar, supra-auricular; arqui-irmandade, auto-observação, eletro-ótica, micro-onda, semi-interno. [...]
2. Não se emprega, pois, o hífen:
a) Nas formações em que o prefixo ou falso prefixo termina em vogal e o segundo elemento começa por r ou s, devendo estas consoantes duplicar-se, prática aliás já generalizada em palavras deste tipo pertencentes aos domínios científico e técnico. Assim: antirreligioso, antissemita, contrarregra, contrassenha, cosseno, extrarregular, infrassom, minissaia, tal como biorritmo, biossatélite, eletrossiderurgia, microssistema, microrradiografia.
b) Nas formações em que o prefixo ou pseudoprefixo termina em vogal e o segundo elemento começa por vogal diferente, prática esta em geral já adotada também para os termos técnicos e científicos. Assim: antiaéreo, coeducaçao, extraescolar, aeroespacial, autoestrada, autoaprendizagem, agroindustrial, hidroelétrico, plurianual. [...]
O prefixo nano- não está aqui explícito, mas encontramo-lo implícito no ponto 2, alínea b), que responde às palavras apresentadas pela consulente.
Também considera o Dicionário Priberam da Língua Portuguesa que nano- é um elemento de composição (do grego nãnos, -o, anão).
E reitera o anterior exposto: é seguido de hífen quando o segundo elemento começa por h ou o. Quando seguido de r ou s, a consoante é duplicada. Exemplos: nanorrobô; nanossegundo.
Este elemento de composição junta-se, pois, a determinadas palavras, conforme a necessidade do contexto o exigir, para lhes dar a noção de dimensão reduzida. O que queremos dizer é que nem todas as palavras construídas a partir deste elemento se encontram dicionarizadas, surgindo muitas delas como neologismos necessários à comunicação imediata.
No caso em apreço, nanoesfera, nanoestrutura não se encontram registados no VOLP (Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa). Sendo assim, devem seguir a regra expressa na nota do parágrafo anterior: juntar-se o elemento de composição às palavras esfera e estrutura.
Microsfera e microestrutura aparecem ambas dicionarizadas, bem como infraestrutura. Os elementos micro- e infra- entraram há mais tempo no léxico da língua portuguesa, do que nano, o que justifica a diferença.
Ainda no Priberam, macro- é outro elemento de composição (grego makrós, -á, ón, «grande», «longo».). Elemento que significa grande (ex. macroestrutura, macromolécula).
Macroestrutura também se encontra dicionarizada.