Nanotechnologie

Was sind Nanopartikel?

Als Nanopartikel bezeichnet man Teilchen mit einem Durchmesser unter 100 Nanometern (nm). Der Name wird vom griechischen Wort "Nanos" abgeleitet, das "Zwerg" bedeutet. "Nano" steht dabei für den milliardsten Teil von einem Meter (= 1 Nanometer [nm]).

Die Nanopartikel haben aufgrund ihrer geringen Grösse spezielle physikalische Eigenschaften die sich von denjenigen grösserer Teilchen des gleichen Stoffes unterscheiden. Diese Eigenschaften machen sie für unterschiedliche Einsatzbereiche einerseits interessant, andererseits führen diese speziellen Eigenschaften teilweise auch zu unerwünschten Wirkungen.

Zu den Nanomaterialien werden "punktförmige" Strukturen (Nanopartikel, Nanokapseln, Cluster oder Moleküle), "linienförmige" Strukturen (Nanofasern, Nanoröhren, Nanogräben) sowie extrem dünne Schichten gezählt.

Was versteht man unter Nanotechnologie?

Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für diverse Technologien, die in verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen angewendet werden, so dass man eigentlich von Nanotechnologien sprechen sollte. Es geht dabei immer um die Erforschung, Bearbeitung und Produktion von Strukturen und Materialien, die in mindestens einer Dimension kleiner als 100 Nanometer (nm) sind. Auch inverse Strukturen wie Poren gehören zur Nanotechnologie.

Mit Hilfe der Nanotechnologie ist es möglich, Strukturen, Techniken und Systeme zu entwickeln, die völlig neue Eigenschaften und Funktionen aufweisen. Von diesen neuen Eigenschaften werden neue nutzbringende Anwendungen, beispielsweise in der Robotik, Sensortechnik, Prozesstechnik, Biotechnologie und Medizin sowie für die Weiterentwicklung von Lebensmitteln, Bedarfsgegenständen und kosmetischen Mitteln erwartet.

Wo wird die Nanotechnologie bereits eingesetzt?

Bereits heute kommt man mit verschiedenen Produkten in Kontakt, die mindestens Bestandteile enthalten, die mit nanotechnologischen Verfahren hergestellt wurden. Die Anwendungen für Nanoprodukte nehmen rasch zu. Nanotechnologie wird eingesetzt bei Kosmetika, Lebensmitteln und Textilien. Beispiele sind u.a. kratzfeste Autolacke, schmutzabweisende Krawatten und Sonnencrèmes mit erhöhtem UV-Schutz.

Eine Zusammenstellung mit aktuellen Nanoprodukten, findet sich auf "A Nanotechnology Consumer Products Inventory".

Leider ist für den Verbraucher i.d.R. nicht ersichtlich, ob ein Produkt Nanomaterialien enthält. Bisher gibt es für Nanoprodukte keine Kennzeichnungspflicht. Erkennbar ist ein Einsatz von Nanotechnologie im Augenblick nur dann, wenn ein Hersteller speziell damit wirbt. Leider sind allerdings Werbeaussagen für ein Produkt umgekehrt nicht eine Garantie dafür, dass tatsächlich Nanopartikel oder andere Nanomaterialien enthalten sind.

Werden in Lebensmitteln Nanomaterialien eingesetzt?

Es wird teilweise behauptet, dass in Lebensmitteln Nanomaterialien als Hilfs- und Zusatzstoffe zum Einsatz kommen. Einige Beispiele:

• Kieselsäure und andere siliziumhaltige Verbindungen sollen als Rieselhilfe das Zusammenbacken von Kochsalzkristallen und pulverförmigen Lebensmitteln verhindern.
• Kieselsäure und andere siliziumhaltige Verbindungen sollen als Verdickungsmittel Ketschup bessere Fliesseigenschaften verleihen.

Tatsächlich wird Kieselsäure in der Wein- und Fruchtsaftherstellung bereits als Flockungsmittel genutzt. Ob dabei aber tatsächlich Nanopartikel eingesetzt werden und ob in den Lebensmitteln dann effektiv freie Nanopartikel vorkommen, ist bislang nicht klar.

Nanomaterialien werden offenbar auch gezielt als Nahrungsergänzungsmittel verwendet. Es wird vom Einsatz von Siliziumdioxid, kolloidalem Silber, Calcium und Magnesium in Nanopartikel-Form berichtet. Ob diese Stoffe im Lebensmittel allerdings effektiv als Nanopartikel oder eher in einer zusammengeballten Form vorliegen, ist bisher noch unklar.

Bekannt ist, dass die Lebensmittelindustrie derzeit versucht funktionelle Lebensmittel zu entwickeln, in denen Vitamine, Omega-3-Fettsäuren, Phytosterole und Aromen in Nanokapseln eingeschlossen werden, um sie dann im Körper gezielt freizusetzen.

Nanopartikel werden sicher bereits in sog. verbrauchernahen Produkten eingesetzt. Sie kommen in Lebensmittelverpackungen, Textilien, Küchengeräten sowie Lacken und Farben zum Einsatz. Insbesondere in Produkten zur Versiegelung oder zur Reinigung von Oberflächen, sowie als Poliermittel sind Nanopartikel gut einsetzbar. Im Verpackungsbereich werden Nanopartikeln als Füllstoff in Kunststoffe und Lackschichten eingebunden. Ausserdem dienen sie als Beschichtungen auf Polymeroberflächen (Folien und Behälter). Nanopartikel verhindern z.B., dass Gase durch die Verpackung eintreten oder Feuchtigkeit austritt.

Künftig könnten Nanopartikeln dafür eingesetzt werden, um die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Lebensmittelverpackungen zu verbessern sowie Lebensmittel gegen UV-Licht zu schützen. Es gibt Ideen für Verpackungsmaterialien, die bei Lebensmitteln signalisieren, ob die Kühlkette unterbrochen oder das Haltbarkeitsdatum überschritten wurde.

Weitere Informationen finden z.B. hier...

Weisen Nanoprodukte spezifische gesundheitliche Risiken auf?

Ungebundene Nanopartikel könnten auf drei Wegen in den menschlichen Organismus gelangen und dort unter bestimmten Umständen eine toxikologische Wirkung entfalten:

• über die Atemwege,
• über die Haut und
• über den Magen-Darm-Trakt.

Die Wissenschaftler sehen im Moment das grösste Risiko bei der Einatmung von Nanopartikeln. Ein Eindringen durch die menschliche Haut kann nach dem derzeitigem Stand des Wissens weitgehend ausgeschlossen werden. Das Risiko einer Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt ist bislang nicht klar einzuschätzen.

Um das effektive Risiko abschätzen zu können, ist es auf alle Fälle wichtig zu wissen, ob die eingesetzten Nanomaterialien in einer Matrix gebunden oder ungebunden vorliegen. Man geht allgemein davon aus, dass primär nur freie Nanopartikel, Nanoröhrchen oder Nanofasern aufgrund ihrer geringe Grösse, Form, hoher Mobilität und höherer Reaktivität gesundheitliche Risiken hervorrufen könnten.

Beruhigend ist, dass Nanoprodukte bislang meist aus Strukturen bestehen, in denen die Nanopartikel fest in eine Matrix oder eine flüssige Suspension eingebettet sind. Auch haben Nanopartikel die Tendenz, sich zu grösseren Verbänden zu agglomerieren, so dass die resultierenden Klumpen dann in der Regel grösser als 100 nm sind. Allfällige toxische Wirkungen von Nanopartikeln, die auf ihrer geringen Grösse und ihrer höheren Reaktivität beruhen, sind dann nicht mehr relevant.

Grundsätzlich sind von Gesetzes wegen alle Hersteller dazu verpflichtet, die Sicherheit ihrer Produkte zu garantieren.

Gibt es bereits eine Bewertung der gesundheitlichen Risiken für Nanomaterialien?

Hinsichtlich der Bewertung der gesundheitlichen Risiken von Nanopartikeln sind momentan noch viele Fragen offen. Weitgehend unbekannt sind noch die denkbaren besonderen toxischen Eigenschaften, die auf der Grösse der Teilchen (Nanoskaligkeit) beruhen. Zur Exposition des Menschen mit Nanopartikeln liegen nur wenige Daten vor und die Wissenschaft arbeitet zurzeit erst daran geeignete Teststrategien zur Ermittlung möglicher gesundheitlicher Risiken zu erstellen.

Immerhin wurden für einige Nanopartikel, die im Kosmetik-Bereich eingesetzt werden, bereits Untersuchungen durchgeführt. So wurde beispielsweise das Verhalten von Nanopartikeln aus Titandioxid und Zinkoxid auf der Haut gut untersucht (UV-Schutz). Dabei wurde in mehreren Experimenten bestätigt, dass Nanopartikel nicht in gesunde Hautzellen des Menschen eindringen können, sondern auf der Hautoberfläche liegen bleiben. Über die Haarfollikel können sie zwar in tiefere Hautschichten gelangen, wo sie dann einige Zeit verbleiben, aber nicht weiter wandern. Das Haarwachstum befördert sie später wieder an die Hautoberfläche.

Untersuchungen zum Verhalten von Nanopartikeln, die über den Verdauungskanal aufgenommen werden, sind uns bisher noch nicht bekannt.

Gibt es bereits nachweisbare Gesundheitsschäden aufgrund eines Produktes mit Nanopartikeln?

Nein. Bisher ist uns kein solcher Fall bekannt, der nachweislich durch Nanopartikel oder Nanomaterialien ausgelöst wurde. Es gab in jüngerer Zeit zwar den Fall, dass nach der Anwendung von sog. Nano-Versiegelungssprays (Magic-Nano-Glasversiegeler und Magic-Nano-Keramikversiegeler in Spraydosen im März 2006) zum Teil schwere Gesundheitsstörungen aufgetreten sind. Die beobachteten Atmungsstörungen konnten aber nicht auf enthaltene Nanopartikel zurückgeführt werden, da die Produkte nach Angaben der Hersteller und auch nach Untersuchungen des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) keine Partikel mit Nano-Abmessungen enthielten. Bisher ist noch immer unklar, wodurch die Atmungsstörungen ausgelöst wurden.

BB/RB / 29.11.2006 - Last update: 05.12.2006
Autor: Dr. Bruno Baumann / Seitenaufrufe: