Project

CERASAFE

CERASAFE – Sichere Herstellung und Verwendung von Nanomaterialien für die Keramik-Industrie

Ziel des Projekts CERASAFE ist die Bewertung und Verbesserung von Umweltschutz und -sicherheit (EHS) in der keramischen Industrie. Geplant ist, industrielle Prozesse und Aktivitäten zu untersuchen, bei denen am Arbeitsplatz Nanopartikel Emissionen generiert werden. Die Exposition der Arbeitnehmer soll bewertet werden, indem zunächst die Partikelfreisetzungsprozesse analysiert werden, gefolgt von der Charakterisierung der emittierten Partikel sowie der Bewertung der Toxizität. Ausgehend von diesen Daten werden Maßnahmen zur Minimierung der Exposition vorgeschlagen.

Darüber hinaus wird CERASAFE ein Tool entwickeln, mit sich technisch hergestellte nanokeramische Partikel von Hintergrundaerosolen unterscheiden lassen, was eine Innovation auf dem Gebiet der für Umweltschutz und -sicherheit (EHS) relevanten Charakterisierungsmethoden darstellt. Im Rahmen des Projekts sollen eine Reihe von guten Herstellungs- und Anwendungspraktiken (GMP, GUP) für nanokeramische Materialien erstellt werden. Weiterhin werden die generierten Ergebnisse in einer öffentlichen Datenbank gesammelt. Diese wird ergänzt mit Informationen zu Risikobewertung und Empfehlungen für die Industrie, Anwender und Interessensverbänden, um sichere Produktionsprozesse für nanokeramische Materialien zu gewährleisten.

Projekt Webseite: www.cerasafe.eu

CaNTser

CaNTser – Erforschung des toxischen Potentials von Carbon NanoTubes nach Langzeitinhalation

Durch Untersuchungen der letzten Jahre konnte gezeigt werden, dass Kohlenstoff Nanoröhrchen (engl. carbon nanoturbes, CNT) abhängig von ihrer Struktur unterschiedliche toxische Eigenschaften haben. So weisen Kohlenstoff Nanoröhrchen mit kurzer oder verknäuelter Morphologie nur toxische Wirkungen auf, die der von Partikeln ohne spezifische Toxizität entsprechen. Im Gegensatz dazu weisen Ergebnisse des vorherigen BMBF-geförderten Projektes CarboTox darauf hin, dass lange und faserförmige CNTs ähnlich wie Asbest eine Tumor-verursachende Wirkung haben könnten. Da diese Hypothese, dass Kohlenstoff Nanoröhrchen nach Inhalation ähnlich wie Asbest zu Tumoren beim Menschen führen könnten, weitreichende Konsequenzen hätte, ist eine wissenschaftliche Untersuchung dieser Hypothese dringend erforderlich.

Das Hauptziel des Projektes CaNTser ist deshalb, eine tumorverursachende Wirkung von faserförmigen CNTs nach Inhalation zu überprüfen, einen möglichen Wirkungsmechanismus zu erkennen und eventuell einen Grenzwert abzuleiten.

Weiterhin haben Untersuchungen gezeigt, dass die Toxizität und wahrscheinlich auch die Tumorinduktion von Kohlenstoff Nanoröhrchen sehr von den unterschiedlichen Modifikationen (Länge, Durchmesser, Krümmung, Oberflächenbeschaffenheit) und den Vereinzelungs-/Verklumpungs-Eigenschaften bestimmt wird. Deshalb sollen in diesem Vorhaben in Kurzzeit-Screening-Verfahren in vitro und in vivo diejenigen Eigenschaften der Kohlenstoff Nanoröhrchen ermittelt werden, welche eine toxische und darauf beruhende kanzerogene Eigenschaft hervorrufen bzw. verstärken oder vermindern.

Da für derartige Untersuchungen unterschiedliche Kohlenstoff Nanoröhrchen benötigt werden, soll im Rahmen dieses Projektes zudem die besondere Herausforderung überwunden werden, den Syntheseablauf der Kohlenstoff Nanoröhrchen so zu steuern, dass unter anderen entweder gerade gewachsene bzw. gekrümmte Nanoröhren entstehen. Dies soll über die Steuerung der Defektdichte der CNTs erreicht werden und erfordert einen genauen und reproduzierbaren Ablauf des Syntheseprozesses.

NanoBEL

NanoBEL – Biologische Elimination komplexer diagnostischer Nanopartikel

Als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts hat sich die Nanotechnologie in den vergangenen Jahren von einer forschungsnahen Disziplin zu einem weltweit bedeutenden Wirtschaftsfaktor entwickelt. Aufgrund der Querschnittsrelevanz werden hier Impulse für ein breites Spektrum gesellschaftlicher Anwendungsfelder für die unterschiedlichsten Produkte, Prozesse und Materialien und somit Innovationen für viele Branchen einschließlich Medizin und „Life Sciences“ erwartet.

NanoBEL medizinische Nano-Anwendungen (c) NanoBEL Konsortium

In Medizin und Pharmakologie spielt die Nanotechnologie bereits heute in einer Vielzahl von Anwendungen eine wichtige Rolle. Einen besonderen Stellenwert bilden magnetische Nanopartikel (MNP) für die diagnostische Bildgebung im Sinne einer Früherkennung von Erkrankungen und des therapeutischen Monitorings. Während die Auswirkungen einer akuten Exposition mit magnetischen Nanopartikeln aus toxikologischer Sicht mittlerweile weitreichend untersucht worden sind, sind Langzeiteffekte in Abhängigkeit von strukturellen Eigenschaften der magnetischen Nanopartikel und des Gesundheitsstatus der Individuen bisher noch kaum systematisch untersucht worden.

NanoBEL befasst sich daher mit der Abschätzung von Langzeit-Effekten der Exposition mit magnetischen Nanopartikeln (beispielsweise als Folge von regelmäßigen Bildgebungssitzungen), der Bedeutung von Degradations- und Eliminationsprozessen entlang des Lebenszyklus der Nanopartikel sowie der Auswirkung der Exposition im Zusammenhang mit Erkrankungen mit hoher sozioökonomischer Relevanz (Krebs, Entzündungen).

NanoBEL berücksichtigt Formulierungen von magnetischen Nanopartikeln, welche gegenwärtig und in der Zukunft eine hohe diagnostische Relevanz aufweisen. Neben der Weiterentwicklung und Optimierung dieser Nanopartikel trägt NanoBEL auch zur Entwicklung neuer tierfreier Alternativmethoden zur Langzeittestung von magnetischen Nanopartikeln bei (z.B. in Zellkulturen und im Hühnerei).

Weiterhin soll die systematische Erhebung der Daten einen Beitrag zur Kategorisierung von Nanopartikeln und zur Identifizierung dafür geeigneter Endpunkte leisten und damit die Grundlagen für eine Risikobewertung schaffen. Daten sollen auch einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden z.B. über die Datenbank Nanopartikel.info.

Somit liefert das Vorhaben einen wertvollen Beitrag für einen verantwortungsvollen Umgang und die optimierte Weiterentwicklung von Nanomaterialien in der Medizin, wobei Chancen bestmöglich genutzt und Risiken vermieden werden können. Somit birgt die Nanotechnologie auch für den Wirtschafts- und Innovationsstandort Deutschland enormes Potenzial, welches nicht ungenutzt bleiben darf. Daraus resultieren positive Auswirkungen nicht nur auf das Wirtschaftswachstum per se und die Schaffung qualifizierter Arbeitsplätze, sondern auch auf eine enorm verbesserte medizinische Versorgung bei gleichzeitiger Ressourcen- und Umweltschonung.

FENOMENO

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

nanoGRAVUR

nanoGRAVUR – Nanostrukturierte Materialien – Gruppierung hinsichtlich Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutz und Risikominimierung

Die Nanotechnologie eröffnet eine Vielzahl neuer Anwendungsmöglichkeiten in den verschiedensten Industriebereichen (u.a. chemische Industrie, Elektrotechnik, Medizintechnik). Die Herausforderung liegt dabei in der optimalen Nutzung der Potenziale dieser z.T. neuen Technologien und zugleich in einem verantwortungsvollen Umgang.

Schema zur Ableitung von Kriterienkatalogen (K) für die verschiedenen Schutzgüter ausgehend von den risikobestimmenden Faktoren Nanomaterialeigenschaften (N), Freisetzung/Exposition (E) und Gefährdungspotential (H und Ö).

Bei der Vielfalt existierender synthetischer Nanomaterialien, die mitunter seit Jahrzehnten in allgegenwertigen Produkten eingesetzt werden und die zudem auch in zahlreichen Modifikationen (Unterschiede in der Größe, Form, chemischer Zusammensetzung und Oberflächenfunktionalisierung) existieren können, ist der Aufwand zur Untersuchung von Effekten und Verhalten im Rahmen regulatorischer Anforderungen enorm. Bei der Variabilität der möglichen Wirkungen ist es zudem unmöglich, das potentielle Risiko für jedes Nanomaterial im Einzelfall zu prüfen.

Aufgrund dieses komplexen Bildes des heutigen Wissensstandes über die Gefährdung der Schutzgüter durch Nanomaterialien ist es ein zentrales Ziel von nanoGRAVUR, Kriterienkataloge für eine Gruppierung der Nanomaterialien in Hinblick auf Exposition-, Gefährdungs- und Risikopotenziale zu entwickeln. Der Ansatz von Gruppierungen, der bisher nur in speziellen Fällen (u.a. Fasern) verwendet wird, kann u.a. in Bereichen wie der Arbeitsplatzsicherheit, Produktkennzeichnung und Regulierung verwendet werden, wo zurzeit noch auf der Basis von Einzelfallstudien gehandelt werden muss.

Projekt-Webseite: www.iuta.de/nanogravur/