Nanomaterialien

Die Antworten auf diese Fragen sind eine genaue Zusammenfassung der wissenschaftlichen Gutachten aus dem Jahr 2010, welche von "The Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks" (SCENIHR) erstellt wurden:
"Nanomaterial" Mehr...

1. Was sind Nanomaterialien?

Im Rahmen von Nanotechnologien werden kleinste Gegenstände und Materialien entworfen und hergestellt, die wiederum winzige Strukturen und Teilchen enthalten. Die Groesse dieser Objekte betraegt weniger als 100 nm (1 nm = 1 milliardstel Meter). Nanotechnologien Die Nanotechnologie operiert auf der Ebene einzelner Atome oder Moleküle.

Zu den Haupterzeugnissen von Nanotechnologien gehören Nanomaterialien wie nanoskalige Partikel, Röhren, Säulen oder Fasern. Nach der üblichen Definition hat ein Nanopartikel in mindestens einer Dimension einen Durchmesser von weniger als 100 nm. Mit der Weiterentwicklung der Nanotechnologien kommen immer mehr Nanomaterialien in den Bereichen Gesundheitswesen, Elektronik, Kosmetik, Textilien, IT und Umweltschutz zum Einsatz.

Es gibt viele verschiedene Arten von Nanomaterialien. Sie entstehen durch Weiterverarbeitung von Grundmaterialien, durch chemische Synthese oder durch die Selbstorganisation von kleineren Komponenten. Sie verfügen häufig über mehrere Komponenten, kommen in Form von Aggregaten vor und haben vielfältige innere oder äußere Strukturen.

All diese Merkmale können einen Einfluss auf ihre Eigenschaften haben, so dass die Art und Weise, wie sie chemisch oder physikalisch interagieren, sich häufig von größer dimensionierten Materialien unterscheidet. Da sich die Einsatzbereiche solcher Materialien erweitern, stellt dies die Risikobewertung vor neue Herausforderungen.

Eine Arbeitdefinition von Nanomaterialien kann die Gesetzgeber bei der Entscheidung unterstützen, welche Produkte einer speziellen, auf Nanomaterialien zugeschnittenen Bewertung bedürfen.

2. Wie sind Nanomaterialien bisher definiert?

Für die Definition von Nanomaterialien gab es eine Reihe verschiedener Empfehlungen, denen allesamt Größenbegrenzungen zugrunde lagen. Die empfohlenen Obergrenzen lagen zwischen 100 nm und bis zu 1000 nm für Arzneimittel. Auch die Untergrenzen variierten zwischen 1 nm und 0,1 nm.

Bei individuellen Partikeln oder Agglomeraten sind die äußeren Abmessungen messbar. Bei Aggregaten aus Nanopartikeln wird eine Messung der inneren Abmessungen angewandt. Eine vermehrte Berücksichtigung der inneren Abmessungen erlaubt es, Materialien mit nanoskalierten Poren in die allgemeine Klassifizierung von Nanomaterialien mit einzubeziehen.

In einigen Fällen wurden andere physikalische oder chemische Charakteristiken und Eigenschaften zu Definitionen von Nanomaterialien herangezogen. Diese wurden aber bisher nicht einheitlich angewandt.

3. Welche Hauptkriterien liegen der Definition von Nanomaterialien zugrunde?

Der beste Ausgangspunkt für die Definition von Nanomaterialien bleibt ihre Größe als allgemein anwendbares Kriterium. Eine Obergrenze von 100 nm ist zwar hilfreich, schließt aber einige Materialien aus, die als Nanomaterialien angesehen werden müssen, wie zum Beispiel aggregierte, beschichtete oder umhüllte Materialien. Diese können mit einer passenden Definition, die auf innere Strukturen ausweitet ist, abgedeckt werden.

In Bezug auf die Untergrenze müssen sowohl molekulare Dimensionen berücksichtigt werden, die mitunter eine Größe von 1 nm überschreiten, als auch Nanomaterialien, die in Form von Röhren oder Fasern weniger als 1 nm breit, dafür aber über 100 nm lang sein können.

Nur wenige Nanomaterialien verfügen über eine einheitliche Größe, was bedeutet, dass die Größenverteilung ebenfalls in Betracht zu ziehen ist.

Ein zusätzlicher sinnvoller Parameter für die Definition von Nanomaterialien ist die volumenbezogene spezifische Oberfläche (volume specific surface area (VSSA)), welche in der Regel in Quadratmetern pro Kubikzentimeter (m²/cm³) gemessen wird. Sofern vorhanden, schließt dieser Parameter innere Oberflächen mit ein.

Ein allgemein verwendeter Grenzwert für Nanomaterialien ist eine VSSA, die größer oder gleich 60 m²/cm³ ist.

4. Welche weiteren messbaren Eigenschaften von Nanomaterialien können relevant sein?

Zu den weiteren definierbaren Charakteristiken von Nanomaterial gehören:

• Oberflächenmodifizierung
• Kristallstruktur
• Clustering
• chemisches Oxidations- und Reduktionspotenzial
• (Photo)katalyse und die Bildung reaktiver freier Radikale
• Oberflächenladung
• Wasserlöslichkeit
• Verteilungskoeffizient in verschiedenen Lösungsmitteln

Jede der oben genannten Charakteristiken kann bei der Risikobewertung eine wichtige Rolle spielen. Dennoch ist keine von ihnen für die Gesamtheit der Nanomaterialien relevant, und damit sind sie für eine übergreifende Definition wahrscheinlich nicht von großem Nutzen.

5. Wie könnte eine praktikable Definition aussehen?

Eine praktikable Definition von Materialien in "Nanogröße" könnte Materialien mit mindestens einer äußeren Abmessung oder einer inneren Struktur zwischen 1 und 100 nm beinhalten. Zusätzlich kann die VSSA als hilfreicher Parameter dienen.

Obwohl eine Bezugsgröße zwischen 1 und 100 nm hilfreich ist, lassen die wissenschaftlichen Daten keine Bestimmung einer genauen Größe zu, die mit dem Auftreten von nano-spezifischen Eigenschaften verbunden ist.Gesetzgeber und Risikobewertungsstellen müssen daher die Materialien der gesamten Nanoskala, d. h. in einer Spanne zwischen 1 und 999 nm, auf nanospezifische Eigenschaften untersuchen. Dabei brauchen nicht alle Materialien eine umfassende Bewertung. Vorläufig empfiehlt sich als bester Ansatz daher ein mehrstufiger, der auf größenbezogenen Grenzwerten basiert.

Beispielsweise würde für Größen unter 500 nm, aber über 100 nm eine Stichprobenmessung der Größenverteilung angewandt. Sollte sich für einen spezifischen prozentualen Anteil des Materials, zum Beispiel 0,15 % oder mehr, eine Größe unter 100 nm ergeben, bedürfte es einer speziellen Risikobewertung.

6. Sollte es Abweichungen oder Ausnahmen von der praktikablen Definition geben?

In einigen Fällen ist eine vorsichtige Interpretation der Unter- und Obergrenzen von 1 nm bzw. 100 nm erforderlich. Zum Beispiel impliziert die Untergrenze von 1 nm, dass viele Moleküle als Nanomaterialien einzustufen wäre. Eine Obergrenze von 100 nm könnte dazu führen, dass einige in der Medizin und Kosmetik verwendeten mehrkomponentigen Nanomaterialien ausgeschlossen werden. In solchen Fällen wäre es ratsam, die tatsächliche Größe der Komponenten in Betracht zu ziehen.