Project

nanoIndEx

nanoIndEx -Expositionsbestimmung gegenüber luftgetragenen Nanomaterialien mithilfe von personengetragenen Messgeräten

Die Exposition gegenüber luftgetragenen Nanomaterialien sollte unter Zuhilfenahme von personengebundenen Monitoren oder Sammlern im Atembereich bestimmt werden. Derartige personengebundenen Geräte sind erst seit wenigen Jahren verfügbar.

Eines der wesentlichen Ziele des Projektes nanoIndEx war es daher, den Möglichkeiten und Limitierungen der neuen Geräte auf den Grund zu gehen. Hierzu wurden sowohl Labor- als auch Felduntersuchungen durchgeführt. Ein weiteres wichtiges Ziel war es zudem, zuverlässige Daten bezüglich der persönlichen Exposition gegenüber luftgetragenen Nanomaterialien an realen Arbeitsplätzen zu erheben. Im Rahmen von nanoIndEx wurden daher Studien zur Bestimmung der Genauigkeit und Vergleichbarkeit der personengebundenen Sammler und Monitore durchgeführt. Die Studien ergaben, dass die Geräte typischerweise die Konzentrationen kompakter oder agglomerierter Partikel mit einer Genauigkeit und Vergleichbarkeit von ± 30 % oder besser bestimmen können.

Gezielte Untersuchungen zur Anwendbarkeit der Geräte im Feld haben gezeigt, dass diese Genauigkeit und Vergleichbarkeit auch unter Feldbedingungen gelten. Sämtliche untersuchten Geräte erwiesen sich als sehr robust und für den Feldeinsatz geeignet. Allerdings muss bei der Probenahme durch Schläuche die Wahl des Schlauchmaterials sehr kritisch hinterfragt werden, da manche Polymerschläuche erwiesenermaßen drastische Artefakte hervorrufen können. Auch erwiesen sich die eingesetzten Monitore als ungeeignet, um damit faserhaltige Aerosole (z. B. Kohlenstoff-Nanoröhrchen) zu vermessen. Stattdessen wurde die Entwicklung einer Routine zur Sammlung und Datenauswertung initiiert.

Standardarbeitsanweisungen zum korrekten Einsatz der personengetragenen Monitore und Sammler sowie zur Durchführung von Feldmessungen wurden verfasst und über die Projektwebsite www.nanoindex.eu öffentlich zugänglich gemacht. Im Rahmen des Projektes wurden zahlreiche Feldmessungen durchgeführt und ein Protokoll zur Datenerfassung und -auswertung erarbeitet. Sämtliche relevanten Expositionsdaten wurden in die internationale NECID Datenbank (engl. Nano Exposure and Contextual Information Database) eingepflegt.

Ein wesentliches Ziel des Projektes war es, die Projektergebnisse möglichst breit zu streuen. Um dem Rechnung zu tragen, wurde ein 49-seitiger Leitfaden „Assessment of Personal Exposure to Airborne Nanomaterials – a guidance document, NanoIndEx Consortium 2016“ verfasst, gedruckt und verteilt. Eine elektronische Version kann von der Projektwebsite heruntergeladen werden. Darüber hinaus sind bereits einige Publikationen in Fachzeitschriften und Fachbüchern erschienen und weitere werden noch folgen. Die Projektergebnisse wurden (und werden) zudem in etlichen Vorträgen vorgestellt, um u. a. Expositionswissenschaftler oder Arbeitsplatzhygieniker zu informieren.

NanoCare

Eine deutsche Initiative zu gesundheitlichen Aspekten synthetischer Nanopartikel: Bildung einer Informations- und Wissensbasis für Innovative Materialforschung

Das Projekt NanoCare (März 2006 bis Juli 2009) diente der Erzeugung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse über mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Nanopartikeln sowie der Etablierung einer strukturierten und interpretierten Wissensbasis. Die beteiligten Partner aus Industrie und Wissenschaft haben dafür im Ergebnis gemeinsam höchst innovative Anwendungen und Messmethoden für den vorsorgenden und nachhaltigen Umgang mit chemischen Nanotechnologien entwickelt.

Zusätzlich zu diesen Resultaten wurden auch begleitende Literaturauswertungen zur Erweiterung des Datensatzes mit aktuellen Ergebnissen auch anderer wissenschaftlicher Gruppen durchgeführt. Durch die Erstellung der „Wissensbasis“ zu bekannten Sicherheitsaspekten, die in einer verständlichen und interpretierten Form für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurde, konnte deren wachsendem Informationsbedürfnis auf dem Gebiet der Nanotechnik Rechnung getragen werden. Unterstützt wurde dies durch Dialogveranstaltungen mit Bürgern und Stakeholdern aus Politik, Wirtschaft und Verbänden.

nanoGEM

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

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.