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FENOMENO – Verbleib und Auswirkungen von synthetischen Nanomaterialien aus Kläranlagenausflüssen auf aquatische Ökosysteme

Heutzutage sind in vielen Produkten des täglichen Lebens Kleinstteilchen, sogenannte Nanopartikel, die kleiner als 100 nm sind, enthalten. So befinden sich z.B. in Sonnencreme nanoskaliges Titandioxid und in Sportfunktionskleidung Nano Silber. Diese Nanopartikel gelangen über die Körperpflege und Wäsche in unsere Kläranlagen und von dort in unsere Gewässer. Was passiert aber mit den in der Kläranlage veränderten Nanopartikeln in den Gewässern? Werden sie von den Organismen aufgenommen und gelangen so in die Nahrungskette?

In unserem Projekt wollen wir diese Fragen untersuchen und verfolgen hierbei zwei Ansätze. Wir versuchen, den Weg von nanoskaligem Silber und Titandioxid Nanopartikeln in einer natürlichen Nahrungskette (Algen – Wasserflöhe – Jungfische – Raubfische) im Mondsee in Österreich nachzuverfolgen.

FENOMENO Projekt Übersicht

Im Labor untersuchen wir parallel dazu gezielt die einzelnen Glieder dieser Nahrungskette. Hierzu verwenden wir Silber Nanopartikel und Titandioxid Nanopartikel, die eine Modellkläranlage passiert haben. Wir analysieren mit hochauflösender Massenspektrometrie und Mikroskopie, ob und wenn ja wie sich die Nanopartikel nach Passieren der Modellkläranlage verändert haben. Im Labor werden diese Nanopartikel Algen zugegeben, um zu testen, wie Algen diese Nanopartikel aufnehmen oder ob die Nanopartikel sich an die Algen heften.

Wasserflöhe (Daphnien) sind Schlüsselorganismen in der aquatischen Nahrungskette. Sie fressen einerseits Algen, andererseits ernähren sich Jungfische von Wasserflöhen. In verschiedenen Testreihen wollen wir herausfinden, welche Effekte diese Nanopartikel auf das Verhalten der Daphnien (Bewegungen, Herzschlagrate etc.), auf den Fortpflanzungserfolg und weitere wichtige Kriterien haben. Diese Effekte untersuchen wir in Testreihen, in denen die Daphnien nur kurzfristig den Nanopartikeln und den behandelten Algen ausgesetzt werden und auch in Versuchsreihen mit langfristiger Exposition. Die Verhaltensänderungen der Daphnien werden mittels 3D-Tracking von Kameras aufgezeichnet und die Bewegungen der Daphnien können automatisch verfolgt und ausgewertet werden. Auf diese Weise können Daphnien als Biosensoren für Nanopartikel im Gewässer dienen. Die mikroskopischen Techniken erlauben es, die Aufnahme der Nanopartikel durch die Daphnien und ihr Verbleib in den Daphnien festzustellen.

Die portugiesischen Partner werden die biologischen Effekte der Nanopartikel in den Algen, Daphnien und Fischen auf molekularer und biochemischer Ebene untersuchen. Die österreichischen Partner untersuchen die zeitliche und räumliche Verteilung der Friedfische und Raubfische, die chemisch, mikroskopisch, molekular und biochemisch untersucht werden.

Unser Projekt wird somit den Verbleib und die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die aquatische Nahrungskette aufklären und in eine abschließende Risikoabschätzung münden, um die Risiken der Nutzung von Nanoteilchen für Mensch und Umwelt beurteilen zu können.

FENOMENO Projekt-Webseite (nur in Englisch): www.fenomeno-nano.de

Förderkennzeichen: ERA-Net SIINN - 03XP0005
Laufzeit: 01.04.2015 - 31.03.2018 (verlängert bis 30.06.2018)

Projektleitung

Prof. Dr. Holger Schönherr, Department Chemie und Biologie, Universität Siegen

Projekt-Partner

Department Chemie und Biologie, Universität Siegen, Siegen (DE)

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME) - Außenstelle Schmallenberg, Schmallenberg (DE)

Forschungsinstitut für Limnologie - Mondsee, Universität Innsbruck (UIBK), Innsbruck (AT)

University Aveiro (UAVR), Aveiro (PT)

Veröffentlichungen

2016

Steinhoff Benedikt, Schönherr Holger (2016). Development of Microscopic and Spectroscopic Techniques for the Detection and Characterization of Manufactured Nanomaterials. 2. Clustermeeting NanoCare, 3.-4. Mai 2016, Frankfurt, Deutschland. [Poster]
Mozhayeva Darya, Strenge Ingo, Engelhard Carsten (2016). Development of Analytical Tools for Ultra Trace Detection and Characterization of Engineered Nanomaterials Using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. 2. Clustermeeting NanoCare, 3.-4. Mai 2016, Frankfurt, Deutschland. [Poster]
Hartmann Sarah, Kunze Jan, Kuhnert Klaus-Dieter, Witte Klaudia (2016). Biological impact of MNMs on Daphnia magna and implementation of a new computer vision system for behavioral recognition. 2. Clustermeeting NanoCare, 3.-4. Mai 2016, Frankfurt, Deutschland. [Poster]
Vogt Roland (2016). Public presentation on the project FENOMENO at the Research Institute for Limnology, 28.01.2016, Mondsee, Österreich. [Vortrag]
Engelhard Carsten (2016). Recent Developments in Nanoanalysis: On the Separation and Characterization of Single Nanoparticles in Complex Mixtures Using CE-spICP-MS. Winter Conference on Plasma Spectrochemistry, 01/2016, Tucson, AZ, USA. [Vortrag]
Franze Bastian, Strenge Ingo, Mozhayeva Darya, Engelhard Carsten (2016). New Possibilities for the Separation and Charaterization of Nanoparticles Using CE-spICP-MS. Winter Conference on Plasma Spectrochemistry, 01/2016, Tucson, AZ, USA. [Poster]

2015

Engelhard Carsten (2015). Pushing the limits in single nanoparticle detection using mass spectrometry. Pacifichem 2015, 15.-20.12.2015.Honolulu, Hawaii, USA. [Vortrag]
Wanzenböck Josef (2015). Public presentation on the project FENOMENO at the local fishery consortium of Mondsee, 29.10.2015, Mondsee, Österreich. [Vortrag]
Wanzenböck Josef (2015). Presentation on the project FENOMENO related to the theme: "Nano-security research in Austria", 8. NanoTrust-Konferenz, 14.10.2015, Wien, Österreich. [Vortrag]
Loureiro, S., Engelhard, C., Witte, K., Kuhnert, K.-D., Kunze, J., Gethmann, C.F., Schlechtriem, C., Wazenböck, J., Lamatsch, D., Vogt, R., Lopes, I., Schönherr, H. (2015). FENOMENO – Fate and effect of wastewater-borne manufactures nanomaterials in aquatic ecosystems. 10^th International Conference on the Environmental Effects of Nanoparticles and Nanomaterials (ECEENN 2015). 6-10 September 2015, Wien, Österreich. [Poster]
Wanzenböck Josef (2015). Public presentation on the project FENOMENO at the local fishery consortium of Irrsee, 02.07.2015, Mondsee, Österreich. [Vortrag]
Schönherr, Holger (2015). NANO SAFETY seminar: Introduction to the ERA NET SIINN Project FENOMENO. EuroNanoForum 2015, 12. Juni 2015, Riga, Lettland. [Vortrag]
Engelhard, Carsten (2015). Recent Developments in ICP-MS and CE-ICP-MS for Nanomaterials Characterization. Asia-Pacific Winter Conference on Plasma Spectrochemistry, 19.-22.05.2015, Xiamen, China. [Vortrag]
Schlechtriem, Christian (2015). Introduction to the ERA NET SIINN Project FENOMENO. 1. Clustermeeting NanoCare, 19-20 Mai 2015, Frankfurt/M, Deutschland. [Vortrag]

Vorläufige Entwarnung - Projektergebnisse des interdisziplinären Projekts „FENOMENO“ zu Auswirkungen von Nanomaterialien auf aquatische Ökosysteme in Workshop vorgestellt, Pressemeldung Abschlussworkshop FENOMENO, Siegen, 17.04.2018 (PDF, 570 KB)
Auf der Spur der kleinsten Teilchen - Forscherinnen und Forscher der Uni Siegen untersuchen im Projekt „FENOMENO" die Auswirkungen von Nanomaterialien auf unser Ökosystem, Pressemeldung Universität Siegen 20.05.2015, (www.uni-siegen.de).
Dem Winzigkleinen auf der Spur: Nanopartikel in Badeseen, Pressemeldung Universität Innsbruck, 12.06.2015 (www.uibk.ac.at)