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NanoGEM – Nanostrukturierte Materialien – Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften

 

Das Forschungsprojekt NanoGEM, gefördert vom BMBF und der Industrie, war ein integratives Interessen-übergreifendes Projekt, in dem Forschungsaktivitäten zu Fragen der Nanosicherheit, Exposition, Risiko und Toxikologie übergreifend in Kooperation von Forschung, Behörden und Industrie durchgeführt worden sind. Die im Rahmen von NanoGEM erforschten Ergebnisse wurden in internationalen Fachjournalen publiziert (siehe NanoGEM Veröffentlichungen) und in den internationalen Harmonisierungsprozess sowie in den öffentlichen Dialog eingebracht. Darüber hinaus wurden konkrete Sicherheitsvorschläge und Standardarbeitsanweisungen entwickelt und veröffentlicht.

NanoGEM Projektplan Deutsch

NanoGEM Projektplan

Die spezifischen Forschungsaktivitäten erfolgten in sieben Arbeitspaketen. Eine wesentliche Rolle in der Erforschung- und Beurteilung von Sicherheitsfragen für Mensch und Umwelt sind die Kenntnisse der grundlegenden Eigenschaften von Nanomaterialien (NM).

Die Entwicklung und Bereitstellung neuer Materialien mit gezielter Veränderung der grundlegenden Eigenschaften, insbesondere der Oberflächen, war der Schwerpunkt der Arbeitspakete Produktion und Nanomaterialproduktion und Charakterisierung der Nanomaterialien. Die Oberflächen der ausgesuchten Materialien Silber (Ag), Siliziumdioxid (SiO2) und Zirkoniumdioxid (ZrO2) wurden gezielt verändert und zusammen mit weiteren Referenz- und Vergleichsmaterialien in Wasser und relevanten biologischen Medien grundlegend charakterisiert. Über die Markierung mit einem Lumineszenz-Farbstoff (FITC, Fluoresceinisothiocyanat) konnten diese Siliziumdioxid und Titandioxid Partikel in verschiedenen Medien identifiziert, lokalisiert und deren Mobilität untersucht werden.

Die Untersuchungen zu den Arbeitspaketen Exposition – Messtechnik und Szenarien erforschten Grundlagen für die Beurteilung einer Expositionswahrscheinlichkeit, Freisetzungsmechanismen und Messstrategien. Die Ergebnisse der Hauptfragen „Können Freisetzungsszenarien im Labor abgebildet und vergleichbar simuliert werden?“ sowie „Welche Messtechniken und Messstrategien können für Expositionsuntersuchungen verwendet werden?“ wurden in eine Teststrategie eingebracht, die mittlerweile auch in das OECD-Programm der Working Party of Manufactured Nanomaterials (WPMN) aufgenommen wurde.

In einem speziellen Arbeitspaket, Querschnittsthema: Veränderung der Nanomaterialien, wurde die Änderungen der Eigenschaften von Nanomaterial über den gesamten Lebenszyklus untersucht. Der Fokus lag hier auf der Lunge als dem gesundheitlich relevantesten Eintrittspfad für Nanomaterialien in den Körper.

Die Oberflächenfunktionalisierung hatte einen wesentlichen Einfluss darauf, welche Lipide des Lungen-Surfactant sich an die Nanomaterialien anlagerten, so dass nach der Anlagerung der verschiedenen Bestandteile (Lipide, Proteine, organische Verbindungen) kein direkten Kontakt zwischen der Oberfläche der Nanomaterialien und dem umgebenden Medium bestand. In den Alveolen bzw. an der Luft-Epithelgrenze agglomerierten die zuvor stabilen Suspensionen der verwendeten Nanopartikel (SiO2 FITC, adsorptiv markiertes ZrO2) über den gesamten Beobachtungszeitraum (30 – 180 Min), was sich über die Interaktion mit den Proteinen der Lungenalveolen erklären lässt.

Zum Thema Nanopartikel Toxikologie: Materialeigenschaften und Wirkung wurden in vitro und in vivo Untersuchungen u.a. an sensibilisierten Mäusen durchgeführt. In beiden Szenarien verursachten die unmodifizierten Siliziumdioxid Nanomaterialien die stärksten Effekte, während bei den Amino- und Phosphat-funktionalisierten SiO2 Nanomaterialien keine signifikanten Reaktionen beobachtet wurden. Fazit der gefährdungsbezogenen Untersuchungen ist, dass sich das Gefährdungspotential eines Stoffes über eine Oberflächenmodifikation verändern lässt und evtl. zu einer besseren Einbindung in eine Matrix führen kann.

Für die Risikoabschätzung erfolgte die Zusammenstellung und Auswertung verschiedener Informationen zu den Bereichen Chemikaliensicherheit, Arbeitsschutz und Verbraucherschutz. Für die Ableitung der Risikoabschätzung von Nanomaterialien im Rahmen der Chemikaliensicherheit wurden die Informationen zu den entsprechenden Endpunkten für die drei ausgewählten nanoskaligen Grundmaterialien Siliziumdioxid, Silber und Zirkoniumdioxid zusammengetragen und ausgewertet. Allgemein zeigten die Analysen, dass die bisherigen Prinzipien der Beurteilung möglicher Risiken auch auf Nanomaterialien übertragen werden können, da bisher keine ausschließlich nanospezifischen Wirkmechanismen identifiziert wurden.

Wohlleben W., Kuhlbusch T.A.J., Schnekenburger J., Lehr C.M. (2015). Safety of Nanomaterials along Their Lifecycle: Release, Exposure, and Human Hazards. Taylor & Francis Inc, CRC Press, pp. 472. ISBN: 9781466567863.

 

Wohlleben W., Kuhlbusch T.A.J., Schnekenburger J., Lehr C.M. (2015). Safety of Nanomaterials along Their Lifecycle: Release, Exposure, and Human Hazards. Taylor & Francis Inc, CRC Press, pp. 472. ISBN: 9781466567863.

 

 

 

Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0105
Laufzeit: 01.08.2010 - 31.07.2013 (verlängert bis 31.10.2013)

Projektleitung

Institut für Energie und Umwelttechnik e.V. (IUTA) Logo
PD Dr. Thomas Kuhlbusch, Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Duisburg (DE)

Projekt-Partner

Institut für Energie und Umwelttechnik e.V. (IUTA) Logo
Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Duisburg (DE)
BASF Logo gruen Product Safety
BASF SE - Nanotechnologie, Ludwigshafen (DE)
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) Logo Deutsch
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin (DE)
Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) Logo Deutsch
Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), Berlin (DE)
Universitaet Muester (WWU) Logo
Biomedizinisches Technologiezentrum, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Münster (DE)
IBE R&D Institute for Lung Health gGmbH Logo
IBE R&D Institute for Lung Health gGmbH, Münster (DE)
ZAUM Logo
Zentrum Allergie & Umwelt München (ZAUM), Technische Universität und Helmholtz Zentrum München, München (DE)
Bayer Technology Services GmbH Logo
Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen (DE)
ayer Material-Science Logo
Bayer Material Science AG, Leverkusen (DE)
ItN Nanovation Logo
ItN Nanovation AG, Saarbrücken (DE)
IGF Logo Deutsch
Institut für Gefahrstoff-Forschung (IGF) der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (IGF), Bochum (DE)
FH Dortmund Logo
Biomedical Imaging Group (BIG), Fachhochschule Dortmund, Dortmund (DE)
Universitaet Saarland Logo
Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Universität des Saarlandes, Saarbrücken (DE)

Assoziierte Partner

PA Partikel-Analytik-Messgeräte GmbH
Bayer HealthCare
CeNIDE - Center for Nanointegration Duisburg-Essen
Friedrich Schiller Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Tascon GmbH

Veröffentlichungen

2015

  • Silge A., Brautigam K., Bocklitz T., Rosch P., Vennemann A., Schmitz I., Popp J., Wiemann M. (2015). ZrO nanoparticles labeled via a native protein corona: detection by fluorescence microscopy and Raman microspectroscopy in rat lungs. Analyst, DOI:10.1039/c5an00942a
 

2014

  • Buesen R., Landsiedel R., Sauer U.G., Wohlleben W., Groeters S., Strauss V., Kamp H., Van Ravenzwaay B. (2014). Effects of SiO(2), ZrO(2), and BaSO(4) nanomaterials with or without surface functionalization upon 28-day oral exposure to rats. Arch Toxicol, 88(10): 1881-1906.
  • Bräutigam K., Bocklitz T., Silge A., Dierker C., Ossig R., Schnekenburger J., Cialla D., Rösch P., Popp J. (2014). Comparative two- and three-dimensional analysis of nanoparticle localization in different cell types by Raman spectroscopic imaging. Journal of Molecular Structure, 1073(0): 44-50.
  • Landsiedel R., Ma-Hock L., Hofmann T., Wiemann M., Strauss V., Treumann S., Wohlleben W., Groters S., Wiench K., Van Ravenzwaay B. (2014). Application of short-term inhalation studies to assess the inhalation toxicity of nanomaterials. Part Fibre Toxicol, 11(1): 16.
  • Wagner, T., H.-G. Lipinski, M. Wiemann (2014). Dark field nanoparticle tracking analysis for size characterization of plasmonic and non-plasmonic particles. J Nanopart Res 16(5): 1-10.
  • Wohlleben W., Vilar G., Fernandez-Rosas E., Gonzalez-Galvez D., Gabriel C., Hirth S., Frechen T., Stanley D., Gorham J., Sung L.P., Hsueh H.C., Chuang Y.F., Nguyen T., Vazquez-Campos S. (2014). A pilot interlaboratory comparison of protocols that simulate aging of nanocomposites and detect released fragments. Environ Chem, 11(4): 402-418.
 

2013

  • Wagner T., M. Wiemann, I. Schmitz, H.-G. Lipinski (2013). A Cluster-Based Method for Improving Analysis of Polydisperse Particle Size Distributions Obtained by Nanoparticle Tracking. Journal of Nanoparticles (2013) 2013, 936150.
  • Kaminski H., T.A.J. Kuhlbusch, S. Rath, U. Goetz, M. Sprenger, D. Wels, J. Polloczek, V. Bachmann, H.-J. Kiesling, A. Schwiegelshohn, N. Dziurowitz, C. Monz, D. Dahmann, C. Asbach (2013). Comparability of mobility particle sizers and diffusion chargers. Journal of Aerosol Science 57 (2013) 156–178.
  • Plitzko S., N. Dziurowitz, C. Thim, Ch. Asbach, H. Kaminski, M. Voetz, U. Goetz, D. Dahmann (2013). Messung der inhalativen Exposition gegenueber Nanomaterialien - Moeglichkeiten und Grenzen. Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft" 73(2013) Nr. 7/8, S. 295-301.
 

2012

  • Hellack B., T. Huelser, E. Izak, T. Kuhlbusch, F. Meyer, M. Spree, M. Voetz, H. Wiggers, W. Wohlleben (2012). Characterization report for all nanoGEM materials. Deliverable 1.2.1 (Sept. 2012). [Report ]
  • Asbach C., H. Kaminski, D. Von Barany, T.A.J. Kuhlbusch, C.Monz, N. Dziurowitz, J. Pelzer, K. Berlin, S. Dietrich, U. Goetz, H.-J. Kiesling, R. Schierl, D. Dahmann (2012). Comparability of portable nanoparticle exposure monitors. Annals of Occupational Hygiene 56 (2012) 606.
 

  • NanoGEM - Konsortium (26.06.2012). Tiered Approach for the assessment of exposure to airborne nanoobjects in work-places. (PDF, 700 KB)
  • NanoGEM - Konsortium (28.09.2012). Short-Term Inhalation Study in Rats for Testing of Nanomaterials. (PDF, 400 KB)
  • NanoGEM - Konsortium (16.03.2011). Preparing suspensions of nanomaterials in serum-containing medium. (PDF, 92 KB)
 

2013

  • Wagner T. , M. Wiemann, I. Schmitz, H.-G. Lipinski (2013). Applications of a cluster-based method for analysis of polydisperse size distributions obtained by Single Particle Tracking of Nanoparticles. EuroNanoForum 2013, 18.-20.06.2013, Dublin, Irland. [Poster ]
  • Asbach C. (2013). Exposition - Messtechnik und Szenarien. nanoGEM-Abschluss-konferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Cramer S., D. Wang, A.K. Sachan, H-J. Galla (2013). Adsorption of lipids on the surface of differently modified nanoparticles, nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12. - 13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Haase A. , W. Wohlleben (2013). APQ: Veraenderung von Nanomaterialien-Agglomerationsgrad, Adduktbildung und Konditionierung. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Kuhlbusch, T.A.J. (2013). nanoGEM Schlaglichter. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Kuhlbusch, T.A.J. (2013). nanoGEM Highlights. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Voetz M., W. Wohlleben (2013). Produktion und Charakterisierung der nanoGEM Materialien. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Gebel T. (2013). Risikoabschaetzung von Nanomaterialien aus Sicht des Arbeits- und Verbraucherschutzes. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Packroff R. (2013). Ressortforschung fuer sichere Nanotechnologien. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Vortrag ]
  • Gebel T., M. Oeben-Negele, D. Geiger, E. Dopp (2013). Hazard assessment of selected nanomaterials and approaches for risk assessment at the workplace. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Wohlleben W., S. Hirth, B. von Vacano, T. Nguyen, S. Vasquez (2013). Lifecycle of nanoGEM materials: weathering-induced release and lipid vesicle interactions. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Wagner T., D. Schipprit, M. Wiemann, H.-G. Lipinsk (2013). Light microscopy and computer-based methods to analyse primary and agglomerated nanoparticles in liquids. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Hittinger M., S. Raesch, C. Ruge, C. Schulze, H. Huwer, N. Daum, U. Schaefer, C.-M. Lehr (2013). Interaction of nanosized SiO2-FITC-labelled particles with the barriers of the deep lung. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Asbach C., D. Dahmann, M. Voetz, B. Stahlmecke, H. Kaminski, T. Kuhlbusch, U. Goetz, S. Engel, S. Plitzko (2013). Assessment of exposure to airbone nanomaterials using a pragmatic, tiered approach. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Riebling C., A. Koeth, H. Kaminski, T. Kuhlbusch, A. Luch, M. Goetz (2013). Assessment of exposure to nanomaterials through consumer products. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Kuhlbusch T.A.J., C. Asbach, W. Wohlleben, R. Landsiedel, M. Voetz, E. Dopp, S. Plitzko, A. Luch, M. Goetz, A. Haase, H-G. Lipinski, M. Wiemann, D. Dahmann, F. Meyer, J. Schnekenburger, C-H. Lehr, R. Braeunig, F. Alessandrini, T. Teckentrup, J. Popp, D. Breitenstein, P. Nollau und das nanoGEM-Konsortium (2013). Nanostrukturierte Materialien Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften. nanoGEM-Abschlusskonferenz, 12.-13.06.2013, Berlin. [Poster ]
  • Kuhlbusch T.A.J., C. Asbach, W. Wohlleben, R. Landsiedel, M. Voetz, E. Dopp, S. Plitzko, A. Luch, M. Goetz, A. Haase, H-G. Lipinski, M. Wiemann, D. Dahmann, F. Meyer, J. Schnekenburger, C-H. Lehr, R. Braeunig, F. Alessandrini, T. Teckentrup, J. Popp, D. Breitenstein, P. Nollau und das nanoGEM-Konsortium (2013). nanoGEM - Nanostrukturierte Materialien Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Kuhlbusch T.A.J. (2013). nanoGEM Nanomaterialien - Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Vortrag ]
  • Wagner T. (2013). Nanoparticle Tracking: Improving Analysis for Size Distributions of Polydisperse Particle Suspensions. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Koeth A., H. Kaminski, T. Kuhlbusch, A. Luch, M. Goetz (2013). Expositionsabschaetzung von Nanomaterialien aus verbrauchernahen Produkten. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Gebel T., M. Oeben-Negele, D. Geiger, E. Dopp (2013). Risikoabschaetzung von ausgewaehlten Nanomaterialien und Ansaetze zur Gefaehrdungsabschaetzung am Arbeitsplatz., 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Ossig R., M. Wiemann, M. Nern, E. Dopp, M. Driessen, A. Luch, A. Haase, P. Nollau, D. Hahn, J. Schneckenburger (2013). Wirkmechanismen der Toxizitaet von Nanomaterialien. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Marzaoioli V., C.J. Thomas, M. Wiemann, R. Landsiedel, W. Wohlleben, I. Wichenmeier, H. Behrendt, C. Schmidt-Weber, O. Groß, J. Gutermuth, F. Alessandrini (2013). Oberflaechenmodifikationen von Silika Nanopartikeln fuehren zu einer verringerten Inflammasomaktivierung und verringerter Expression ausgewaehlter inflammatorischer Gene. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Vennemann A., B. Breitenstein, P. Roesch, A. Silge, J. Popp, M. Wiemann (2013). Detection of SiO2 and Ag Nanoparticles in the Lung. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Asbach C., D. Dahmann, M. Voetz, B. Stahlmecke, H. Kaminski, T. Kuhlbusch, U. Goetz, S. Engel, S. Plitzko (2013). Tiered Approach zur Erfassung der Arbeitsplatzexposition gegenueber luftgetragenen Nanopartikeln. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
  • Asbach C., B. Stahlmecke, H. Kaminski, S. Kreckel, M. Voetz, S. Plitzko, M. Meier, W. Wohlleben (2013). Untersuchungen zur Freisetzung von Nanomaterialien aus Kompositen und Pulvern. 3. Clustertreffen der BMBF-Foerdermaßnahmen NanoCare und NanoNature, Frankfurt am Main, 14.-15. Januar 2013. [Poster ]
 

2012

  • Wagner T., S.O. Luettmann, D. Swarat, M. Wiemann, H.-G. Lipinski (2012). Pfadbasierte Identifikation von Nanopartikel-Agglomerationen in vitro. in T. Tolxdorff et al. (Hrsg.) Bildverarbeitung fuer die Medizin 2012. Reihe Informatik aktuell. Springer Berlin, Heidelberg, New York, 2012‚ pp. 242-248. [Poster]
  • Dahmann D. (2012). Messstrategien fuer Nanopartikel (unter besonderer Beruecksichtigung der CNT). SiGe-Fachveranstaltung: Umgang mit Nanomaterialien - Bestandsaufnahme CNT, 04.-05.10.2012, Bonn. [Vortrag ]
 

2011

  • Wagner T., D. Swarat, M. Wiemann, H.-G. Lipinski (2011). Bildanalyse frei diffundierender Nanopartikel in vitro. H. Handels et al. (Hrsg.), Bildverarbeitung fuer die Medizin 2011. Reihe Informatik aktuell. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2011, pp. 349-353. [Poster]
  • Wagner T., S. O. Luettmann, D. Swarat, M. Wiemann, H.-G. Lipinski (2011). Image analysis of free-diffusing nanoparticles in vitro. Proc. SPIE Biophotonics Vol. 7922 No. 79223B, 2011. [Poster]
  • Hebert H., D. Breitenstein, M. Fartmann, R. ter Veen, B. Hagenhoff, R. Kersting, T.Grehl, P. Bruener, E. Niehuis (2011). Surface Characterisation of Nanoparticles: Different Surface Analytical Techniques Compared. 14th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis (ECASIA), 04.-09.9.2011, Cardiff, Wales, UK. [Vortrag ]
  • Breitenstein D., R. Kersting, B. Hagenhoff, R. Moellers, E. Niehuis, M. Sperber, B. Goricnik, J. Wegener (2011). Detection of Micro- and Nanoparticles in Animal Cells by TOF-SIMS 3D Analysis. 14th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis (ECASIA), 04.-09.09.2011, Cardiff, Wales, UK. [Vortrag ]
 

  • Auf die Oberfläche kommt es an: die Wirkung von Nanomaterialien. Pressemeldung der Universität Duisburg-Essen zur NanoGEM Abschlusskonferenz, 12.06.2013 (idw.de, 2013)
  • Verträglichkeit - Nano bedeutet nicht gleich giftig. Beitrag zur Abschlusskonferenz NanoGEM 12./13. Juni 2013 in Berlin. Zeit-Online, 13.06.2013. (zeit.de, 2013)
  • NanoGEM erfolgreich gestartet - Bergen Nanomaterialien gesundheitsrelevante Risiken? wenn ja, wie sind sie vermeidbar? Pressemitteilung Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) e.V., 2010
 
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