Quantenpunkte können aus giftigen Metall-Verbindungen wie Cadmium-Tellurid und Cadmium-Selenid aufgebaut sein. Toxische Effekte durch Quantenpunkte wurden zwar beschrieben, sind jedoch auf die herausgelöste Metalle zurückzuführen. Eine Beschichtung der Quantenpunkte beeinflusst ebenfalls die Toxizität. Zahlreiche Oberflächenmodifikationen wurden entwickelt, die das Herauslösen der giftigen Metalle verhindern sollen. Auch spielt die Lichtqualität und –quantität für die Wirkung eine Rolle, so macht eine UV-B Bestrahlung die Partikel giftiger.

 

Wasserfloh mit aufgenommenen leuchtenden Quantenpunkten. © Lewinski et al., 2010.Wasserfloh mit aufgenommenen leuchtenden Quantenpunkten. © Lewinski et al., 2010.

Quantenpunkte mit verschiedenen Umhüllungen werden zu unterschiedlichen Anteilen von Wasserflöhen aufgenommen, ebenso unterscheidet sich die Ausscheidung je nach Art der Beschichtung [1]. Die Größe hatte jedoch keinen Einfluss auf die Aufnahme [2]. Für verschiedene Bakterien und Wasserflöhe sind einige Arten von Quantenpunkten toxisch, wobei auch hier die Art der Umhüllung und UV-Licht einen Einfluss auf die Stärke des Effekts hat [3,4,5,6]. Je mehr Schwermetalle sich herauslösen, umso stärker ist der toxische Effekt [3,4,7]. In Gegenwart von umweltrelevanten Verbindungen, die Schwermetalle binden, verringert sich dieser toxische Effekt wieder [5,8]. Manche Quantenpunkte können den mikrobiellen Abbau von abgestorbenen organischen Materialien in der Umwelt verlangsamen [9], d.h. sie hemmen die Aktivität der Bakterien.

 

In wässrigen Lösungen waren einige Arten von Quantenpunkten toxisch für Algen [10]. Es wurde eine Hemmung der Photosynthese-Leistung der Algen nachgewiesen, d.h. sie konnten das Licht nur noch eingeschränkt für ihre Ernährung nutzen [11]. Eine Aufnahme der Partikel in Algenzellen wurde nicht beobachtet, jedoch hafteten sie an der Algenzellwand an. Wurden Quantenpunkt-exponierte Algen an Wasserflöhe verfüttert, konnten die Quantenpunkte in den Flöhen nachgewiesen werden. Damit kann ein Transfer von Quantenpunkten über die Nahrungskette von niederen auf höhere Organismen stattfinden [12]. Gegenüber Kieselalgen wirkten Cadmium-haltige Quantenpunkte in Abhängigkeit von der Freisetzung der Cadmium-Ionen zelltoxisch [13]. Diese Toxizität kann durch eine Oberflächenbeschichtung reduziert werden, welche die Cadmium-Freisetzung verhindert.

 

In Regenbogenforellen wurde nach Exposition gegenüber bestimmten Quantenpunkten eine negative Beeinflussung des Immunsystems nachgewiesen [14]. Leberzellen der Regenbogenforelle wurden ebenfalls in Abhängigkeit von der Freisetzung von Cadmium geschädigt [15]. Auch in Zebrabärblingsembryonen wurden negative Effekte beobachtet, diese waren auf die unterschiedlichen Metallkomponenten der Quantenpunkte, welche sich in geringen Anteilen lösen, aber auch teilweise auf die Art der Oberflächenbeschichtung zurückzuführen [16].

 

Zusammenfassend werden intakte Quantenpunkte, vor allem solche, die keine giftigen Metallionen abgeben, als wenig toxisch betrachtet. Generell ist für die Einschätzung der Toxizität von Quantenpunkten die Art der Oberflächenbeschichtung zu berücksichtigen. Mit einem verlängerten Verbleib in der Umwelt ist eine erhöhte Freisetzung von giftigen Metallen aus Schwermetall-haltigen Quantenpunkten verbunden, welche eine toxische Wirkung auf Umweltorganismen haben. Hier sind jedoch, wenn vorhanden, zahlreiche organische Verbindungen in der Umwelt in der Lage, die Metallionen zu binden.

 

Literatur arrow down

  1. Lewinski, NA et al. (2010), Environ Sci Technol, 44(5): 1841-1846.
  2. Jackson, BP et al. (2009), Anal Bioanal Chem, 394(3): 911-917.
  3. Kim, J et al. (2010), Aquat Toxicol, 97(2): 116-124.
  4. Lee, J et al. (2010), Environ Toxicol, 25(6): 593-600.
  5. Mahendra, S et al. (2008), Environ Sci Technol, 42(24): 9424-9430.
  6. Pereira, R et al. (2011), J Hazard Mater, 194 345-354.
  7. Pace, HE et al. (2010), Environ Toxicol Chem, 29(6): 1338-1344.
  8. Lee, S et al. (2011), J Nanopart Res, 13(7): 3051-3061.
  9. Gao, J et al. (2011), J Hazard Mater, 186(1): 940-945.
  10. Wang, J et al. (2008), Chemosphere, 73(7): 1121-1128.
  11. Lin, SJ et al. (2009), J Phys Chem C, 113(25): 10962-10966.
  12. Bouldin, JL et al. (2008), Environ Toxicol Chem, 27(9): 1958-1963.
  13. Xu, M et al. (2010), Metallomics, 2(7): 469-473.
  14. Gagné, F et al. (2010), J Environ Monit, 12(8): 1556-1565.
  15. Gagné, F et al. (2008), Nanotoxicology, 2(3): 113-120.
  16. King-Heiden, TC et al. (2009), Environ Sci Technol, 43(5): 1605-1611.

 

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