Die Wirkung von nano- und mikroskaligem Aluminiumoxid wurde in einer Vielzahl von Organismen untersucht, wobei nur sehr hohe, häufig nicht umweltrelevante Konzentrationen eine toxische Wirkung aufwiesen. Zum Boehmit, einem weiteren Aluminumoxid, sind keine ökotoxikologischen Studien vorhanden.

 

So wurden die Boden-bewohnenden Modellorganismen, wie Schlammröhrenwurm, Flohkrebs, Regenwurm und Körbchenmuschel untersucht [1]. In dieser Studie zeigte lediglich der Flohkrebs bei sehr hohen, nicht umweltrelevanten Konzentrationen von nanoskaligem Al2O3 eine Beeinträchtigung von Wachstum und Überleben. Hinsichtlich der Aufnahme von Aluminium wurden große Unterschiede sowohl zwischen Organismen als auch zwischen nano- und mikroskaligem Al2O3 beobachtet.

 

Der Schlammroehrenwurm. © Wikipedia.deDer Schlammroehrenwurm. © Wikipedia.deFür einen Fadenwurm war Al2O3 toxisch, nachgewiesen durch eine Wachstumshemmung und Einschränkung der Reproduktion [2]. Hier wirkten Nanopartikel stärker als gröbere Partikel. Interessanterweise konnte für ein Aluminiumsalz eine noch stärkere Toxizität als für die Nanopartikel nachgewiesen werden. Eine Regenwurmart, die gegenüber Al2O3 in der Erde für 4 Wochen exponiert wurde, zeigt auch in sehr hohen, nicht in der Umwelt anzutreffenden Konzentrationen keine erhöhte Sterblichkeit. Die Würmer waren jedoch in ihrer Fortpflanzung beeinträchtigt [3].

 

Nanoskaliges Aluminiumoxid weist keine starken antimikrobiellen Eigenschaften auf. Die Stoffwechselaktivität von Bakterien wurde durch Al2O3-Partikel nicht beeinflusst [4,5]. Sehr hohe Partikel-Konzentrationen, die nicht in der Umwelt zu erwarten sind, führten durch eine Interaktion mit der Bakterienoberfläche zu einer leichten Reduzierung des bakteriellen Wachstums [6]. Im Gegensatz dazu stehen Ergebnisse, die eine starke Einschränkung des Wachstums verschiedener Bakterienarten in auch geringeren Konzentrationen zeigen [7,8]. Zudem wurde auch hier ein stärkerer Effekt der Nanopartikel verglichen mit größeren Partikeln festgestellt. Nanoskaliges Al2O3 löst keine mutagenen Effekte aus [9].

Ein Wasserfloh mit Aluminiumoxid-Nanopartikeln im Körper. © Zhu et al., 2009.Ein Wasserfloh mit Aluminiumoxid-Nanopartikeln im Körper. © Zhu et al., 2009.

 

Wasserflöhe reagierten auf eine Exposition mit sehr hohen Konzentrationen von Al2O3-Nanopartikeln mit einer verringerten Beweglichkeit und erhöhten Sterblichkeit [10,11]. Wie in der Abbildung zu erkennen, nehmen die Wasserflöhe die Nanopartikel aus dem Wasser in den Darm auf. Es wurde eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber nanoskaligen verglichen mit mikroskaligen Partikeln beobachtet [10]. Für Embryonen und Larven des Zebrabärblings hingegen waren weder nano- noch mikroskalige Partikel toxisch [12,13].

 

Verschiedene Pflanzen wie die Kalifornische Kidneybohne und das Weidelgras zeigten in Gegenwart von nanopartikulärem Al2O3 normales Wachstum. Kidneybohnen nahmen keine Partikel aus dem Boden in die Blätter auf, während sich die Aluminiumkonzentration in den Blättern des Weidelgrases ungefähr verdoppelte [14]. Ebenfalls keinerlei toxische Effekte durch Aluminiumoxid wurden auf Keimung, Wurzelwachstum und Blattanzahl der Ackerschmalwand (Arabidopsis) beobachtet [13]. Mais, Karotten, Soja, Kohl und Gurke zeigten in Gegenwart von Al2O3 ein vermindertes Wurzelwachstum [15]. Interessanterweise verschwand dieser Effekt, wenn die Partikel vorher mit Phenanthren beladen wurden. Es wird spekuliert, dass das Phenanthren bestimmte Oberflächeneigenschaften der Partikel so verändert, dass diese nicht mehr toxisch wirken. Rettich, Raps, Roggen, Salat, Mais und Gurke waren in einer anderen Studie hingegen nicht in Keimung und Wurzelwachstum beeinflusst [16]. Bei Algen wurde ebenfalls keine Toxizität beobachtet [5].

 

Das Risiko für Umweltorganismen durch Al2O3-Nanopartikel wird als gering eingeschätzt. Aufgrund der geringen oder nicht vorhandenen Toxizität werden häufig keine Unterschiede zwischen nano- und mikroskaligen Partikel beobachtet. Tritt jedoch ein stärkerer toxischer Effekt auf, so ist dieser für nanoskalige Partikel ausgeprägter als für mikroskalige. 

 

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  1. Stanley, JK et al. (2010), Environ Toxicol Chem, 29(2): 422-429.
  2. Wang, H et al. (2009), Environ Pollut, 157(4): 1171-1177.
  3. Coleman, JG et al. (2010), Environ Toxicol Chem, 29(7): 1575-1580.
  4. Doshi, R et al. (2008), Environ Res, 106(3): 296-303.
  5. Velzeboer, I et al. (2008), Environ Toxicol Chem, 27(9): 1942-1947.
  6. Sadiq, IM et al. (2009), Nanomedicine, 5(3): 282-286.
  7. Jiang, W et al. (2009), Environ Pollut, 157(5): 1619-1625.
  8. Hu, X et al. (2009), Sci Total Environ, 407(8): 3070-3072.
  9. Pan, X et al. (2010), Chemosphere, 79(1): 113-116.
  10. Zhu, X et al. (2008), J Nanopart Res, 11(1): 67-75.
  11. Griffitt, RJ et al. (2008), Environ Toxicol Chem, 27(9): 1972-1978.
  12. Zhu, X et al. (2008), J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, 43(3): 278-284.
  13. Harper, S et al. (2008), J Exp Nanosci, 3(3): 195-206.
  14. Lee, CW et al. (2010), Environ Toxicol Chem, 29(3): 669-675.
  15. Yang, L et al. (2005), Toxicol Lett, 158(2): 122-132.
  16. Lin, D et al. (2007), Environ Pollut, 150(2): 243-250.

 

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