NanoTrack

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NanoTRACK – Mobilität synthetischer Nanopartikel im wassergesättigten und variabel wassergesättigten Untergrund

 

Im BMBF geförderten Verbundprojekt NanoTrack (Mai 2010 bis Juli 2013) haben die beteiligten Projektpartner aus Industrie und Forschung die mögliche Freisetzung von Silber- und Titandioxid Nanopartikel aus Oberflächenbeschichtungen (Nanokomposit-Lacken) untersucht. Zudem stand auch der weitere Transport dieser freigesetzten Nanopartikel in der Umwelt bis hin zur Aufnahme durch Wasserorganismen (z.B. Fadenwürmer) im Fokus der Forschungsaktivitäten.

Um die Nanopartikel selbst in den hoch komplexen Medien auch in kleinsten Konzentrationen nachverfolgen zu können, wurden diese mit einer radioaktiven Markierung gekennzeichnet. Entsprechende Markierungsmethoden wurden entwickelt, die den Einsatz der radioaktiv-markierten Nanopartikel für Versuche im Labormaßstab für alle der Projektpartner ermöglichten. Zur Simulation des Lebenszyklus der Nanopartikel wurden Nanokomposit-Lacke einer künstlichen und damit stark beschleunigten Verwitterung unterzogen, die Zersetzungsprodukte untersucht und deren Freisetzung verfolgt.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Zersetzungsprodukte der untersuchten Lackformulierungen aus Partikeln mit einer relativ breiten Größenverteilung bestehen. Der Schwerpunkt lag bei Bruchstücken zwischen 150 nm bis 250 nm, wobei aber auch Bruchstücke bis hin zum Mikrometerbereich gefunden wurden. Außerdem bestanden die Abbauprodukte nicht nur aus den ursprünglich eingesetzten Nanopartikeln, sondern enthielten auch noch Lackgrundmaterial. Der Zersetzungsprozess wurde demnach sowohl vom Lackgrundmaterial als auch vom verwendeten Nanomaterial beeinflusst.

Der Transport und die Mobilität der freigesetzten Nanopartikel in der Umwelt war daher auch stark von den individuellen Wasserbedingungen abhängig. Bei relativ hartem Wasser haben die Nanopartikel eine eher geringe Mobilität und werden schnell durch Anhaftung an Geomaterialien (z.B. Sand) und Sedimentation aus dem Wasser entfernt. Bei Wässern mit geringer Härte und auch bei Anwesenheit von natürlichen organischen Substanzen (z.B. Huminstoffen) können jedoch beträchtliche Suspensionsstabilitäten erreicht werden, was die Umweltmobilität unter Umständen signifikant erhöhen kann.

In Oberflächengewässern können insbesondere durch die Sedimentation von Nanopartikeln am Boden lebende Wasserorganismen mit diesen in Kontakt kommen und sie aufnehmen. Meist handelt es sich dabei um Biofilme, welche dann wieder als Nahrungsquelle für weitere Wasserorganismen dienen. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass z.B. Titandioxid Nanopartikel von Fadenwürmern aufgenommen werden und somit prinzipiell ein Transport in weitere Nahrungsketten nicht ausgeschlossen ist.

Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0078
Laufzeit: 01.05.2010 - 30.04.2013 (verlängert bis 31.07.2013)

Projektleitung

HZDR Logo Deutsch
Dr. Karsten Franke, Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf e.V. (HZDR)

Projekt-Partner

Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf e.V. (HZDR)
Cetelon Nanotechnik GmbH
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM)

Veröffentlichungen

2014

  • Schug H., Isaacson C.W., Sigg L., Ammann A.A., Schirmer K. (2014). Effect of TiO2 nanoparticles and UV radiation on extracellular enzyme activity of intact heterotrophic biofilms. Environ Sci Technol, 48(19): 11620-11628.

2012

  • Mehnert R., Mai, E., Freyer, A., Bilz, E. (2012). Freisetzung von SiO2-Nanopartikeln aus UV-gehärteten Nanokompositen, Farbe + Lack 118-4, 31-35.
  • Hildebrand H., K. Franke (2012). A new radiolabeling method for commercial Ag0 nanopowder with 110mAg for sensitive nanoparticle detection in complex media. J Nanopart Res 14(10): 1-7.

Alle verfügbaren Abschlussberichte des NanoTRACK  Konsortiums finden Sie auf den Seiten der TIB Hannover https://www.tib.eu/de/  
  • Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf e.V. (HZDR) (2014). NanoTrack - Untersuchung des Lebenszyklus von Nanopartikeln anhand von [45Ti]TiO2 und [105Ag]Ag0 : Schlussbericht zum Projekt ; Laufzeit des Vorhabens: 01.05.2010 - 31.07.2013; Hildebrand Heike, Schymura Stefan, Franke Karsten; Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR); FKZ 03X0078A, TIB Hannover.
  • Eawag: Das Schweizer Wasserforschungs-Institut des ETH-Bereichs (2014). NanoTrack - Untersuchung des Lebenszyklus von Nanopartikeln anhand von [45Ti]TiO2 und [105Ag]Ag0 : Teilprojekt 5: Untersuchungen zum Umwelteinfluss der NP auf das aquatische Milieu ; Abschlussbericht zum Projekt ; Laufzeit des Vorhabens: 01.05.2010 - 30.04.2013; Schirmer, Kristin; Eawag: Das Schweizer Wasserforschungs-Institut des ETH-Bereichs, FKZ 03X0078A; TIB Hannover.
  • Cetelon Nanotechnik GmbH (2014). Untersuchung des Lebenszykluses von Nanopartikeln anhand von [45Ti]TiO2 und [105Ag]Ag0 : Schlussbericht; Cetelon Nanotechnik GmbH; FKZ 03X0078B; TIB Hannover.
  • Leibniz-Institut fuer Oberflaechenmodifizierung (IOM) (2014). Schlussbericht zum Projekt: NanoTrack - Untersuchung des Lebenszyklus von Nanopartikeln anhand von [45Ti]TiO2 und [105Ag]Ag0 : Teilprojekt 2: Aussagen zur Freisetzung von TiO2 (NP) bzw. Ag0 (NP) aus in der Industrie eingesetzten Nanokompositmaterialien in Folge von Verschleiss- und Alterungseffekten ; Laufzeit des Vorhabens: 01.05.2010 - 30.04.2013; Freyer Anette, Bilz Evelin; Leibniz-Institut fuer Oberflaechenmodifizierung e.V. (IOM); FKZ 03X0078C; TIB Hannover.

2014

  • Schug H., Isaacson C.W., Sigg L., Ammann A.A., Schirmer K. (2013). Extracellular enymatic activity of intact heterotrophic biofilms is decreased upon exposure to TiO2 nanoparticle and environmentally realistic UV radiation. SETAC 2014, 11.-15.05.2014, Basel, Schweiz. [Poster]
  • Schirmer K. (2014). Umwelttoxikologie und Bioakkumulation von Nanopartikeln. Weiterbildungskurs für Wissenschaft, Behörden und Industrie zum Thema „Wissenschaftliche Grundlagen zur Regulation von Nanomaterialien", 20.01-21.01.2014, Eawag, Dübendorf, Schweiz. [Vortrag]

2013

  • Schymura S., Hildebrand H., Franke K. (2013). Environmental fate of TiO2 nanoparticles. Cycleur Meeting 2013, 12.-13.12.2013, Ispra, Italien. [Vortrag]
  • Schirmer K. (2013). Ecotoxicity of nanomaterials. Dialogveranstaltung des BMBF - Sicherer Umgang mit Nanomaterialien, 26.11.2013, Berlin, Deutschland. [Vortrag]
  • Isaacson C.W., Schug, H., Sigg, L., Ammann, A., Schirmer, K. (2013). Benthic Food Chain Studies with TiO2 Nanoparticles. 8th IWA Specialist Conference on Assessment and Control of Micropollutants/Hazardous Substances in Water, 16.-20.06.2013, Zürich, Schweiz. [Poster ]
  • Isaacson C.W., Schug, H., Sigg, L., Ammann, A., Schirmer, K. (2013). Benthic Food Chain Studies with TiO2 Nanoparticles. Nano Gordon 2013 Conference, 02.-05.06.2013, Stowe/Vermont, USA. [Poster ]
  • Isaacson C.W., Schug, H., Sigg, L., Ammann, A. A., Schirmer, K. (2013). Effects and Behavior of TiO2 nanoparticles in Benthic Systems. Departmental Seminar, Department of Environmental Geosciences, 27.05.2013, Universität Wien, Österreich. [Vortrag]
  • Schymura S., Hildebrand, H., Franke, K. (2013). Radiolabelling of engineered nanoparticles – alternative strategies for Ag0-NP, TiO2-NPs and CNTs. Qnano Conference 2013, 27.02.-01.03.2013, Praq, Tschechien. [Poster]
  • Schymura S., Hildebrand, H, Cydzik, I., Simonelli, F., Bulgheroni, A., Holzwarth, U., Kozempel, J., Freyer, A., Bilz, E., Franke, K., Gibson, N. (2013). Radiolabelling of engineered nanoparticles – different strategies for Ag0-NP, TiO2-NP and MWCNT. Qnano Conference 2013, 27.02.-01.03.2013, Praq, Tschechien. [Vortrag]
  • Freyer A., Bilz, E., Prager, A., Hildebrand, H., Franke, K., Mai, E., Mehnert, R. (2013). Investigation of TiO2-nanoparticle release from UV-curable polymeric nanocomposites – NanoTrack. 3. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 14.-15.01.2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Hildebrand H., Franke, K., Gibson, N., Cydzik, I., Simonelli, F., Bulgheroni, A., Holzwarth, U., .Bilz, E., Freyer, A. (2013). Radiolabelling of silver and titania nanoparticles as a tool for sensitive detection of nanoparticle release from surface coatings. 3. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 14.-15.01.2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Isaacson C.W., Schug, H., Sigg, L., Ammann, A., Schirmer, K., (2013). Benthic Food Chain Studies with TiO2 Nanoparticles. 3. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 14.-15.01.2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster ]

2012

  • Schymura S., Hildebrand, H, Cydzik, I., Simonelli, F., Bulgheroni, A., Holzwarth, U., Kozempel, J., Freyer, A., Bilz, E., Franke, K., Gibson, N. (2012). Radiolabelling of engineered nanoparticles – different strategies for Ag0-NP, TiO2-NP and MWCNT. Cycleur Meeting 2012, 29.-30.11.2012, Ispra, Italien. [Vortrag]
  • Freyer A., Bilz E., Hildebrand, H., Franke, K., Mehnert, R., Mai, E. (2012). Investigation of nanoparticle release from UV-curable polymeric nanocomposites. International conference on safe production and use of nanomaterials - NanoSafe 2012, 13.-15.11.2012, Grenoble, Frankreich. [Poster]
  • Hildebrand H., Franke K., Freyer A., Bilz E., Mehnert R., Mai E., Isaacson C.W., Schirmer K., Ammann A., Sigg L. (2012). Investigation of the life cycle of nanoparticles be means of [44,45Ti]TiO2 and [110mAg]Ag0 - Research Project NanoTrack. NanoSafe 2012, 13.-15.11.2012, Grenoble, Frankreich. [Vortrag]
  • Hildebrand H., Franke K., Gibson, N., Cydzik I., Simonelli F., Bulgheroni A., Holzwarth U., .Bilz E., Freyer A. (2012). Radiolabelling of engineered silver and titania nanoparticles as a tool for sensitive detection of nanoparticle release from surface coatings. International Conference on Safe Production and Use of Nanomaterials -  NanoSafe 2012, 13.-15.11.2012, Grenoble, Frankreich. [Poster]
  • Franke K., Hildebrand H., Schymura S., Cydzik I., Simonelli F., Bulgheroni A., Holzwarth U., Kozempel J., Gibson N. (2012). Radiolabelling of engineered nanoparticles – different strategies for Ag0-NP, TiO2-NP and MWCNT. NRC 8 – International Conference on Nuclear Chemistry, 16.-21.09. 2012, Como, Italien. [Vortrag]
  • Freyer A., Bilz E., Prager A., Reinhardt I. (2012). Verfolgung des Abbaus von Ag-haltigen Nanokompositen - NanoTrack. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13.-14. 03.2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [Poster]
  • Hildebrand H., K. Franke (2012). Investigation of the life cycle of nanoparticles by means of radiolabelling – NanoTrack. 2. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 13.-14.03.2012, Frankfurt am Main, Deutschland. [Poster]
  • Hildebrand H. (2012). NanoTrack - Untersuchung des Lebenszyklus von Nanopartikeln anhand von [44Ti]TiO2 und [110mAg]Ag0. Lange Nacht der Wissenschaften 2012, Leipzig, Deutschland. [Experimentalvorführung]

2011

  • Mehnert R., Mai E., Freyer A., Bilz E. (2011). Freisetzung von Nanopartikeln aus UV-gehärteten Nanokompositen? 19. Neues Dresdner Vakuumtechnisches Kolloquium, 19.-20.10.2011, Dresden, Deutschland. [Vortrag]
  • Hildebrand H., Franke K. (2011). Radiolabelling of commercial Ag0 and TiO2 nanoparticles with 110mAg and 44Ti for life-cycle studies. CYCLEUR Workshop, 28.-29.11.2011, Ispra, Italien. [Vortrag]
  • Franke K., Hildebrand H., Mehnert R., Mai E., Freyer A., Bilz E., Isaacson C.W., Schirmer K., Ammann A., Sigg L. (2011). NanoTrack - Untersuchung des Lebenszyklus von Nanopartikeln anhand von [44Ti]TiO2 und [110mAg]Ag0. Wing.de 2011, 4.-6.10.2011, Berlin, Deutschland. [Poster ]
  • Franke K., Gottschalch U., Hildebrand H. (2011). Radiolabelling of nanoparticles for life-cycle studies. 3rd International Nuclear Chemistry Congress, 18.-23.09.2011, Terrasini – Palermo, Italien. [Poster]
  • Hildebrand H., Franke K. (2011). Radiolabelling of engineered nanomaterials as a tool for sensitive particle tracking. Goldschmidt 2011, 14.-19.08.2011, Prag, Tschechien. [Vortrag]
  • Freyer A., Bilz E., Prager, A.(2011) Verfolgung des Abbaus von TiO2-haltigen Nanokompositen – NanoTrack. 1. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11.5.2011, Frankfurt a.M., Deutschland. [Poster]
  • Hildebrand H., K. Franke (2011). Investigation of the life cycle of nanoparticles by means of radiolabelling – NanoTrack. 1. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11.5.2011, Frankfurt a.M., Deutschland. [Poster]
  • Hildebrand H. (2011). Untersuchung des Lebenszyklus von TiO2-und Ag0-Nanopartikeln – NanoTrack. 1. Clustertreffen der BMBF-Fördermaßnahmen NanoCare und NanoNature, 10.-11.05.2011, Frankfurt am Main, Deutschland. [Vortrag]
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