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Sind Nanomaterialien per se toxisch bzw. gefährlich?

Nein, das sind sie nicht. Die Größe, in der ein Material vorkommt, bestimmt nicht allein über dessen Toxizität. Viele der Materialien, die in ihrer Nanoform toxische Effekte auslösen, zeigen die gleichen Effekte auch in größeren Formen. Allerdings kann die Größe speziell einen Einfluss auf die Art der Exposition und der Verteilung im Organismus haben. So gelangen z.B. Nanomaterialien nach dem Einatmen in die tieferen Bereiche der Lunge, während größere Partikel dies nicht können.

 

Sind Nanomaterialien gefährlicher im Vergleich zu größeren Partikeln (Mikrometer und größer)?

Nanomaterialien haben einzigartige Eigenschaften, welche sie für viele neuartige Anwendungen interessant machen. Gleichzeitig ergibt sich aus diesen neuen Eigenschaften auch die Besorgnis über unerwartete Gefährdungen für Mensch und Umwelt. Deshalb gab es zu dieser Frage bereits seit 2006 umfangreiche Forschungsaktivitäten. Bisher wurde kein besonderer Wirkmechanismus entdeckt, der ausschließlich bei Nanomaterialien auftritt. Vielmehr hängt die Giftigkeit einer Substanz eher von ihrer Zusammensetzung als von ihrer Größe ab.

 

Was ist ein Nanomaterial?

Die Europäische Kommission veröffentlichte am 18. Oktober 2011 eine erste gemeinsame Definition des Terms “Nanomaterial”. Die aus dem Englischen übersetzte Definition lautet:

Ein natürliches, zufällig entstandenes oder bewusst hergestelltes Material, das Partikel in ungebundenem Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat enthält, und bei dem mindestens 50 % der Partikel in der Anzahlgrößenverteilung ein oder mehrere Außenmaße im Bereich von 1 nm bis 100 nm haben.

In bestimmten Fällen, in denen berechtigte Sorge um die Umwelt, Gesundheit, Sicherheit oder Wettbewerbsfähigkeit besteht, kann die Schwelle der Anzahlgrößenverteilung von 50 % durch einen Grenzwert zwischen 1%  und 50 % ersetzt werden.

Abweichend von dem oben genannten, sollten Fullerene, Graphenflocken und einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer oder mehreren Außenmaßen unter 1 nm auch als Nanomaterialien betrachtet werden.

 

Wie groß ist ein Nanometer?

Größenvergleich Virus - DNA - Fulleren - CNTDer Begriff “Nano” leitet sich vom griechischen Wort nanos, der Zwerg, ab. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters oder 1/1.000.000.000 (1/1 Milliarde) eines Meters. Wenn Dinge so klein sind, kann man sie weder mit dem Auge noch mit einem Lichtmikroskop sehen. Man benötigt dazu spezielle Mikroskope, wie Elektronenmikroskope (EM) oder Rastersondenmikroskope (REM).

Der Nanomaßstab umfasst den Größenbereich von etwa 1 nm bis 100 nm.

Natürliche und synthetische Nanopartikel im Nanometer Maßstab: Virus (30-50 nm), DNA (2.5 nm), Buckyball (~1 nm im Durchmesser), CNT (~1 nm im Durchmesser).

 

Was sind Nanopartikel?

Von Nanopartikeln, wissenschaftlich korrekt Nanoobjekt, spricht man, wenn ein Material mit einem, zwei oder drei Außenmaß(en) im Nanomaßstab vorliegt. Dazu zählen die Nanopartikel, also Nanoobjekte mit allen drei Außenmaßen im Nanomaßstab. Nanoplättchen sind Nanoobjekte mit einem Außenmaß im Nanomaßstab und zwei wesentlich größeren Außenmaßen. Nanofasern besitzen zwei ähnliche Außenmaße im Nanomaßstab und ein drittes Außenmaß, das wesentlich größer als die beiden anderen Außenmaße ist.

Diese Definitionen wurden als Deutsche Industrie Norm DIN CEN ISO/TS 80004-2:2017-09;DIN SPEC 52400-2:2017-09, veröffentlicht. Das zuständige deutsche Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 062-08-17 AA im Normenausschuss Materialprüfung (NMP).  Siehe dazu auch Deutsches Institut für Normung e.V., DIN

 

Nanopartikel können unterschiedlicher chemischer Natur sein. Sowohl anorganische als auch organische Nanopartikel sind bekannt. Sie können aus nur einem Element bestehen, z.B. aus Metall oder aus Kohlenstoff oder aber aus Verbindungen, wie Oxiden, Nitriden usw. Unter Nanokompositen versteht man Verbundmaterialien, in denen mindestens eine Komponente in Form von Nanoobjekten vorliegt. Nanopartikel lagern sich häufig aneinander und bilden Aggregate oder Agglomerate. Im Gegensatz zu Aggregaten können Agglomerate durch optimales Durchmischen in die Primärkörner zerkleinert werden. Deshalb kann ihre Gestalt sehr uneinheitlich sein und verschiedenste Formen annehmen mit erheblichem Einfluss auf ihre Eigenschaften. Grundsätzlich verhalten sich Nanopartikel wegen ihres enormen Oberfläche-zu-Masse-Verhältnisses gänzlich anders als größere Verbünde.

 

 

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