Ein norwegischer Wissenschaftler versucht herauszufinden, wie sich Nanopartikel in der Natur verhalten könnten.
Gepostet von Christina B. Winge und Åse Dragland
Andy Booth, SINTEF-Wissenschaftler und Umweltchemiker, interessiert sich für die Auswirkungen der Nanotechnologie auf die Meeresumwelt. Vor ein paar Jahren begann er sich dafür zu interessieren, ob Nanopartikel gefährlich sein könnten.
Derzeit leitet Booth ein Projekt mit dem Titel „Das Umweltschicksal und die Auswirkungen von durch SINTEF hergestellten Nanopartikeln“. Die Wissenschaftler werden untersuchen, wie sich die Partikel verhalten und wie sie sich auf Organismen auswirken, wenn sie in die Meeresumwelt freigesetzt werden.
Eines der Ziele des Projekts ist es herauszufinden, ob Nanopartikel für Meeresorganismen wie kleine Krebstiere und tierisches Plankton toxisch sind. Weiter unten wird auch die Fähigkeit von Dorschlarven und anderen großen Organismen untersucht, Nanopartikel zu tolerieren.
„Unsere Experimente werden uns zeigen, ob diese winzigen Partikel ausgeschieden werden oder in Organismen verbleiben und wie sie sich dort verhalten werden“, erklärt Booth, der klarstellen möchte, dass nicht alle Nanopartikel notwendigerweise gefährlich sind. Viele Arten von Nanopartikeln kommen auf natürliche Weise in der Umwelt vor und existieren seit der Entstehung der Erde. Zum Beispiel ist Asche ein Material, das Nanopartikel enthält.
„Neu ist, dass wir nun Nanopartikel mit unterschiedlichsten Eigenschaften konstruieren können. Solche Partikel können sich von denjenigen unterscheiden, die bereits in der Natur vorkommen, und sie sollen bestimmte Aufgaben auf unseren Befehl ausführen, sodass wir nicht wissen, wie sie sich in der Natur verhalten werden. „Dies könnte möglicherweise - und ich sage„ möglicherweise “, weil dieses Thema für die Wissenschaft so neu ist - darauf hinweisen, dass diese Partikel unter bestimmten Bedingungen toxisch sein könnten. Dies hängt jedoch von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich ihrer Konzentration und der Kombination von Partikeln “, betont Booth.
"Hat die Industrie genug Tests, um sicherzustellen, dass die Nanoprodukte, die sie auf den Markt bringt, gut genug sind?"
„Auf dem Gebiet der chemischen Analyse verfügen wir über Standardtests, die uns Aufschluss darüber geben, ob ein Material giftig ist oder nicht. Heutzutage gibt es keine derartigen Tests von Nanopartikeln, die zu 100% genau sind. Daher arbeiten Wissenschaftler derzeit auf internationaler Ebene daran “, fügt Booth hinzu, dass es für ihn äußerst schwierig ist, gefährliche Produkte auf den Markt zu bringen Gesundheit auf dem Markt.
Millionenumfragen sind unerlässlich
Das Nanopartikelkonzept ist allgemein und umfasst viele mehr als einen Typ. Es gibt Millionen potenzieller Varianten. Heute ist es unmöglich, einen Überblick darüber zu bekommen, wie viele es tatsächlich gibt, und einige von ihnen sind giftig, während andere, genau wie andere Chemikalien, harmlos sind.
Aus diesem Grund haben Andy Booth und sein 12-köpfiges Team von SINTEF gerade ihre sorgfältigen Bemühungen aufgenommen. Eine der größten Herausforderungen, mit denen sie bisher konfrontiert waren, ist die Identifizierung wissenschaftlicher Methoden, mit denen sie entdecken können, wie sich diese winzigen Partikel in der Natur verhalten und wie sie natürliche Prozesse beeinflussen könnten.
Industrieller Durchbruch
Booths Kollege Christian Simon und seine Forschungsabteilung bei SINTEF Materials and Chemistry haben kürzlich den wichtigsten industriellen Durchbruch in der Nanopartikeltechnologie erzielt, und in diesem Fall sieht es so aus, als könnten Nanosubstanzen umweltfreundliche Alternativen zu Chemikalien sein.
Als einer der führenden norwegischen Hersteller von Pulvern und Farben hat SINTEF mit der Produktion eines neuen Farbtyps begonnen, der Nanopartikel enthält.
Die Partikel besitzen flüssige Eigenschaften, die das Auftragen der Farbe erleichtern. Dies bedeutet, dass ein höherer Anteil an Trockensubstanz mit entsprechend weniger Lösungsmittel verwendet werden kann. Darüber hinaus trocknet der Lack schnell und ist verschleißfester als normaler Lack.
„Neu ist, dass wir bei der Herstellung unserer Nanopartikel anorganische, zähe, harte Materialien mit organischen, flexiblen und formbaren Materialien kombinieren. Dies gibt uns eine neue Klasse von Materialien mit verbesserten Eigenschaften; Was sind so genannte Hybridlösungen. Zum Beispiel können wir Polymere mit verbesserter Lichtstabilität herstellen, die auch Kratzern standhalten “, sagt Simon.
Wenn ein hohles Nanopartikel entsteht, spricht man von einer Nanokapsel. Der Hohlraum kann mit einem anderen Material für eine spätere Freisetzung für eine Vielzahl von Zwecken gefüllt werden. Die SINTEF-Wissenschaftler sind mit Nanokapseln nicht so weit gekommen wie mit Nanopartikeln. Sie haben jedoch eine Technologie entwickelt, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann und Nanokapseln in großem Maßstab herstellen kann.
„Zum Beispiel können wir die Haltbarkeit von Beschichtungen für Flugzeuge, Schiffe und Autos verbessern“, sagt Simon. „Die Komponenten bestehen aus Substanzen, die Risse und Kratzer verschließen können. Denken Sie nur an die Karosserie des Fahrzeugs. Wenn Kies auf die Oberfläche trifft, reißt der Email und wird beschädigt. Gleichzeitig platzen die Kapseln im Zahnschmelz und das darin enthaltene Material repariert den Schaden.
„Aber was passiert, wenn mit Nanopartikeln gestrichene Materialien abgerissen, zerkleinert oder verbrannt werden? Werden gefährliche Komponenten in die Umwelt gelangen?
„Die Partikel wurden so hergestellt, dass sie chemische Bindungen zu den anderen Bestandteilen der Farbe eingehen. Wenn der Lack vollständig ausgehärtet ist, existieren die Nanopartikel nicht mehr und können sich nicht mehr von der Polymermatrix lösen, wenn der Lack abgerissen, zerkleinert oder verbrannt wird “, antwortet Christian Simon.
"Chirurgische" medizinische Behandlung
Hohle Nanokapseln können auch in medizinischen Behandlungen mit fast „chirurgischen“ Effekten eingesetzt werden. Sie können direkt in die kranken Zellen geschickt werden. Ruth Baumberger Schmidt und ihr Team arbeiten an diesem Thema.
Die Wissenschaftler füllen Nanokapseln mit Medikamenten und lenken sie dorthin, wo sie ihren Inhalt haben wollen. Dazu binden sie spezielle Moleküle an die Beschichtung. Die Kapselhülle ist zerbrochen, wenn ihre unmittelbare Umgebung in Bezug auf den ausgewählten Auslöser wie Temperatur oder Säuregehalt stimmt. Je nachdem, wie die Kapsel zubereitet wurde, kann ihr Inhalt mit der Zeit allmählich oder mit einer höheren Geschwindigkeit zuerst und mit der Zeit allmählich weniger austreten.
Ruth Schmidt und eine Gruppe von SINTEF-Chemikern konzentrieren sich derzeit auf Medikamente zur Krebsbekämpfung, ein langfristiges Projekt, das wichtige Herausforderungen bietet. Die Verwendung von Nanokapseln im Körper stellt hohe Anforderungen an die verwendeten Materialien. Die Partikel, die für medizinische Zwecke entwickelt werden, dürfen nicht toxisch sein und müssen in ungefährliche Bestandteile zerlegt werden, die der Körper beispielsweise über den Urin ausscheiden kann. Die Kapseln müssen auch auf den richtigen Wirkort zusteuern und ihren Inhalt freisetzen, ohne von „Wachhunden“ wie T-Zellen und natürlichen Killerzellen entdeckt zu werden.
„In diesem Fall sind diese Kapseln ein Plus, weil wir hier möchten, dass die Kapseln die Zellmembran passieren und ihre Arbeit vor Ort erledigen. Andere Arten von Nanopartikeln können die Membran passieren und eine Gefahr für den Körper darstellen. Das Risiko der Nanotechnologie besteht darin, dass sie manchmal nicht vergehen oder sich über einen bestimmten Zeitraum in großen Mengen ansammeln, anstatt zu verschwinden.
Wir verwenden keine Nanoröhren oder Nanofasern, weil wir glauben, dass sie weniger sicher sind als Partikel. Auf diesem Gebiet wird jedoch viel geforscht. “
Unsicherheit
Es gibt also ein großes Potenzial, aber auch ein hohes Maß an Unsicherheit, lautet die Schlussfolgerung. Kann es sein, dass die Nanotechnologie zu dem Zeitpunkt überverkauft war, als das Thema in den neunziger Jahren auftauchte? Waren wir einfach von seinem Potenzial geblendet, mit dem Ergebnis, dass wir vergessen haben, nach seinen möglichen Nachteilen Ausschau zu halten?
Andy Booth und seine Kollegen machen mit ihren Experimenten unermüdlich weiter.
„Wenn Nanopartikel in Flüsse und Seen gelangen, ist es ziemlich kompliziert zu untersuchen, wie sie sich verhalten werden. Die Chemie unterscheidet sich im Nanometerbereich und Nanopartikel verhalten sich nicht wie normale Partikel “, sagt Booth.
„Diese Partikel verhalten sich auch in Süß- und Salzwasser unterschiedlich. Es ist unerlässlich, Methoden zu finden, mit denen wir ihr Verhalten untersuchen können “, sagt der Umweltchemiker. „Wir können den Partikeln einen fluoreszierenden Marker hinzufügen. Wenn wir die Probe in einer spektroskopischen Kamera testen, leuchtet der Marker auf und unterscheidet solche Partikel von anderen Partikeln. “
„Die große Frage ist jetzt, wie hohe Konzentrationen wir testen müssen, um auf der sicheren Seite zu sein. Es lohnt sich nicht, mit der Natur ein Risiko einzugehen “, schließt Andy Booth.
