In Nanotechnologien kommen äußerst kleine Objekte oder Artefakte zum Einsatz. Ein Produkt von Nanotechnologien, das zunehmend an Bedeutung gewinnt, sind Nanomaterialien. Sie enthalten Nanopartikel, die in mindestens einer Dimension kleiner als 100 Nanometer sind.
Nanomaterialien werden in vielen Bereichen verwendet, wie unter anderem der Gesundheitspflege, der Elektronik- und der Kosmetikindustrie. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden sich häufig von denen anderer Basismaterialien und erfordern daher eine gesonderte Risikobewertung. Diese muss Gesundheitsrisiken für Menschen, die mit Nanotechnologie arbeiten, und für Verbraucher, sowie potentielle Risiken für die Umwelt einschließen.
Derzeit wird das Risiko von Fall zu Fall bewertet, die Methoden der Risikobewertung sollten jedoch auf dem neusten Stand gehalten werden, da Nanomaterialien immer häufiger verwendet werden, vor allem bei der Herstellung von Produkten für den Endverbraucher.
Was wissen wir über die möglichen Gesundheitsrisiken von Nanomaterialien und wie kann die realistische Einschätzung der Risiken verbessert werden?
Ein Gutachten des Wissenschaftlichen Ausschusses der Europäischen Kommission mit dem Titel: „Neu auftretende und neu identifizierte Gesundheitsrisiken“ (SCENIHR)
Fragen zu Nanomaterialien
- Was sind Nanomaterialien?
- Wie können Nanomaterialien charakterisiert werden?
- Wie kann eine Exposition durch Nanomaterialien gemessen werden?
- Welche möglichen Gesundheitsrisiken entstehen durch Nanomaterialien?
- Welche möglichen Umweltrisiken entstehen durch Nanomaterialien?
- Wie gut lassen sich die Nanomaterialien ausgehenden Risiken abschätzen?
- Was müssen wir sonst noch wissen?
Die Antworten auf diese Fragen sind eine sinngetreue Zusammenfassung des Wissenschaftlichen Gutachtens erstellt in 2006 durch den wissenschaftlichen Ausschuss "Neu auftretende und neu identifizierte Gesundheitsrisiken" (SCENIHR):
"modified Opinion (after public consultation) on the appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies" Mehr...
1. Was sind Nanomaterialien?
Für Nanotechnologien werden kleinste Teilchen und Strukturen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 100 Nanometern (1 Nanometer = 1 milliardstel Meter) entwickelt und hergestellt. Nanomaterialien, etwa nanoskalige Partikel, Röhren, Säulen oder Fasern, gehören zu den Haupterzeugnissen von Nanotechnologien. Nach der üblichen Definition hat ein Nanopartikel in mindestens einer Dimension einen Durchmesser von weniger als 100 Nanometern.
Mit der Weiterentwicklung der Nanotechnologien kommen immer mehr Nanomaterialien in den Bereichen Gesundheitswesen, Kosmetik, Textilien, IT und Umweltschutz zum Einsatz.
Die Eigenschaften von Nanomaterialien sind nicht immer genau definiert. Daher ist eine Risikobewertung der möglichen Exposition durch Nanomaterialien während der Fertigung und Verwendung erforderlich.
2. Wie können Nanomaterialien charakterisiert werden?
Beschreibungen von Nanomaterialien sollten die durchschnittliche Partikelgröße beinhalten, wobei etwaiges Klumpen berücksichtigt werden sollte. Auch angegeben werden sollten die Größe der Einzelpartikel sowie eine Beschreibung der Größenverteilung der Partikel (des Bereichs vom kleinsten bis zum größten in der Anwendung vorkommenden Partikel).
Detaillierte Bewertungen enthalten etwa die folgenden Angaben:
1. Physikalische Eigenschaften:
- Größe, Form, spezifische Oberfläche und Verhältnis von Breite und Höhe
- Klebeverhalten untereinander
- Partikelgrößenverteilung
- Glätte oder Unebenheit der Oberfläche
- Struktur, u.a. kristalline Struktur und Kristallfehler
- Lösungsverhalten
2. Chemische Eigenschaften
- Molekularstruktur
- Zusammensetzung, einschließlich Reinheitsgrad und bekannte Verunreinigungen oder Additive
- Aggregatzustand (fest, flüssig oder Gas) der Anwendung
- Oberflächenchemie
- Anziehung zu Wassermolekülen oder Öl- und Fettsubstanzen
Es verschiedene Methoden zur Aufspürung von Nanopartikeln, weitere befinden sich in der Entwicklung. Ebenfalls im Entwicklungsstadium befinden sich umsetzbare Methoden zur Präparation von Nanomaterialien um ihre möglichen Auswirkungen auf biologische Systeme zu prüfen.
3. Wie kann eine Exposition durch Nanomaterialien gemessen werden?
Die zu verwendenden Messmethoden sind abhängig von der Art der Exposition. Am zuverlässigsten lassen sich in der Luft vorkommende Nanopartikel messen. Ebenfalls möglich ist ein Kontakt von Nanopartikeln mit festen und flüssigen Stoffen, insbesondere bei Konsumgütern.
Mit den derzeit eingesetzten Verfahren zur Einschätzung der Exposition durch Nanopartikel lassen sich Personen oder Bereiche dauernd oder zeitweise überwachen und Stichproben grundsätzlich charakterisieren. Die Datenlage zur Exposition über den Luftweg bleibt jedoch spärlich und es existieren nur wenige nicht am Arbeitsplatz vorgenommene Studien.
Die Bewertung der Exposition durch Lebensmittel und Konsumgüter bleibt ebenfalls schwierig. Die vorhandenen Informationen über das Vorkommen von gefertigten Nanomaterialien stammen von den Herstellern. Über die spezifische Nutzung der Produkte sind ebenfalls nur begrenzt Informationen verfügbar.
4. Welche möglichen Gesundheitsrisiken entstehen durch Nanomaterialien?
In Experimenten wurde eine Reihe möglicher Interaktionen mit biologischen Systemen und gesundheitlicher Auswirkungen von Nanopartikeln nachgewiesen. In experimentellen Systemen im Labor können sie die Bildung von faserförmigen Proteingeflechten beeinflussen, die in ähnlicher Form in einigen Krankheitsbildern wie etwa Hirnerkrankungen vorkommen. Luftgetragene Partikel können Auswirkungen auf die Lunge haben, ebenso auf Herz oder Blutkreislauf, ähnlich den bereits bekannten Auswirkungen von Feinstaubbelastungen in der Luft. Es gibt einige Belege dafür, dass Nanopartikel genetische Schäden verursachen könnten, entweder auf direkte Weise oder durch das Verursachen von Entzündungen.
Alle diese Wirkungen sind vom Verlauf der Nanopartikel innerhalb des Körpers abhängig. Nur ein sehr kleiner Anteil einer Dosis Nanopartikel verlässt nach Eintreten die Lunge oder den Darm. Trotzdem könnte eine längere Exposition kann dazu führen, dass eine große Anzahl im Körper verteilt werden. Die meisten lagern sich in Leber oder Milz an, einige scheinen jedoch bis in alle Gewebe und Organe vorzudringen. Über die Nasenschleimhäute ist auch ein Eindringen in das Gehirn möglich.
Bei Nanoröhren und -säulen mit ähnlichen Eigenschaften wie Asbestfasern besteht das Risiko einer Verursachung von Mesotheliomen (Krebs an der Pleura).
5. Welche möglichen Umweltrisiken entstehen durch Nanomaterialien?
Mit der Nutzung von Nanomaterialien steigt auch das Ausmaß der Umweltexposition. Es ist jedoch wenig über das mögliche Verhalten der Partikel im Falle eines Austretens in die Luft, ins Wasser oder in den Boden bekannt. Sie könnten sich beispielsweise in bestimmten Bereichen, sogenannten "Hot-Spots", sammeln, entweder durch Verklumpen mit Mineralien oder durch Interaktion mit organischen Stoffen.
Wie andere Schadstoffe könnten sie von einem Organismus zum anderen wandern und möglicherweise in der Nahrungskette aufsteigen.
Aufgrund ihrer vielfältigen Auftrittsformen können Nanomaterialien ein breites Spektrum von Auswirkungen haben. Einige töten Bakterien oder Viren. Experimentell nachgewiesen wurde auch die mögliche Schädigung von wirbellosen Tieren und Fischen, u.a. durch die Störung von Verhalten, Fortpflanzung und Entwicklung. Weniger Forschung wurde bislang über die Auswirkungen auf Bodensysteme und terrestrische Arten in der Umwelt betrieben. Zudem bleibt ungewiss, inwieweit sich die Ergebnisse der Laborforschung auf die reale Umwelt übertragen lassen.
6. Wie gut lassen sich die Nanomaterialien ausgehenden Risiken abschätzen?
Zwar lassen sich die vorhandenen Methoden zur Risikoabschätzung generell auch bei Nanomaterialien anwenden, die bei Nanomaterialien zu berücksichtigenden besonderen Aspekte müssen jedoch noch weiter entwickelt werden. Dazu gehören Methoden zur Expositionsabschätzung sowie zur Identifikation von Gefahren. Das potenziell größte Risiko geht von freien, nicht löslichen Nanopartikeln aus, die entweder in Flüssigkeiten verteilt oder staubförmig vorkommen.
Zur Risikoabschätzung müssen alle Eigenschaften gründlich untersucht werden, u.a.:
- Partikelgröße
- Oberflächengröße
- Stabilität
- Oberflächenbeschaffenheit
- Lösbarkeit
- Chemische Reaktionsfähigkeit
Vergleiche mit ähnlichen, gut erforschten Gefahrenquellen können bei der Risikobewertung ebenfalls dienlich sein. Dazu gehören luftgetragene Feinpartikel und Asbestfasern.
Die empfohlene Vorgehensweise bei der Bewertung der von Nanomaterialien ausgehenden Risiken bleibt weiterhin die vierstufige, 2007 durch den SCENIHR vorgeschlagene Risikobewertung. Aktuelle Forschungen zu möglichen schädlichen Auswirkungen von Nanomaterialien machen eine detaillierte Fassung dieses Ansatzes möglich, vor allem in Hinblick auf die Verwendung kontrollierter Labortests (In-vitro-Versuchen). Mit diesen Tests werden insbesondere Mechanismen mit potentiellen Schadwirkungen überwacht und untersucht. Es sind jedoch auch Tests an lebenden Organismen (In-vivo-Versuche) nötig, um mehr Kenntnisse über mögliche Risiken für Menschen und Umwelt zu erhalten. Verbesserungen bei der Bestimmung des Expositionsumfangs werden angestrebt und es besteht dringender Bedarf an langfristigen Expositionsstudien.
Eine vollständige Auswertung der potenziellen Risiken durch die meisten Nanomaterialien steht noch aus. Teil dieser Auswertung ist eine Abschätzung der Exposition durch Nanomaterialien bei ordnungsgemäßer und falscher Anwendung, bei Abfall und Recycling von Produkten, die Nanomaterial enthalten sowie detaillierte Messungen zu physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Ein Programm der OECD veröffentlicht Dossiers zur Gefahrenerkennung bei 14 gängigen Nanomaterialien. Inhalt der Dossiers sind jeweils Angaben zu physikalischen und chemischen Eigenschaften, Auswirkungen auf die Umwelt, toxikologische Wirkungen auf Säugetiere und Materialsicherheit. Damit wird deutlicher, ob sich die derzeitigen Richtlinien der OECD zur Gefahrenerkennung auch auf Nanomaterialien anwenden lassen.
Bei einem besseren Kenntnisstand kann ein kategoriebasiertes Klassifizierungssystem entwickelt werden, mit dem sich neue Nanomaterialien einschätzen lassen. Zurzeit jedoch bleiben Einzelfallprüfungen notwendig, aus denen sich eine Datenbank von Fallbeispielen ergibt.
7. Was müssen wir sonst noch wissen?
Der von SCENIHR 2007 festgestellte Forschungsbedarf besteht weiterhin. Aktuelle Forschungsergebnisse haben zudem neue Bedenken im Zusammenhang mit Nanoröhren, dem Verhalten von Proteinen und der Übertragung innerhalb der Nahrungsmittelkette aufgezeigt.
Es besteht dringender Bedarf an Referenzmaterialien und Methodologien zur Messung künstlich hergestellter Nanomaterialien im Vergleich zu natürlichen Hintergrundvorkommnissen.
Bei der Abschätzung von Umweltrisiken besteht vor allem Bedarf an Methoden zur Messung freier Nanomaterialien nach Austritt in die Umwelt.
Es sind jedoch auch Tests an lebenden Organismen (In-vivo-Versuche) nötig, um mehr Kenntnisse über mögliche Risiken für Menschen und Umwelt zu erhalten. Verbesserungen bei der Bestimmung des Expositionsumfangs werden angestrebt und es besteht dringender Bedarf an langfristigen Expositionsstudien.
Cogeneris SPRL ist Inhaber des Urheberrechts der leserfreundlichen Drei-Stufen Struktur in welcher dieses SCENIHR Gutachten präsentiert ist.