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Ökotoxikologie
Muss der Fisch sich fürchten?
Von Franziska Meister
Ob von Nanopartikeln in der Umwelt eine Gefährdung ausgeht, ist schwierig zu untersuchen - aber nicht unmöglich.
Längst nicht alle Nanopartikel passieren eine Kläranlage. Sonnencremen werden beim Bad in Fluss und See vom Körper gewaschen, beschichtete Verpackungsfolien werden achtlos weggeworfen, Fassadenbeschichtungen vom Regen ausgewaschen. Längerfristig werden sich Nanopartikel deshalb vor allem in Flüssen und Seen anreichern. Ob sie dort für die Umwelt zum Problem werden könnten, darüber weiss man bislang praktisch nichts.
Jedes Produkt hat eigene Partikel
Das hat auch damit zu tun, dass Untersuchungen dazu eine Vielzahl von komplexen Rahmenbedingungen berücksichtigen müssen. Darunter vor allem Grösse und Beschichtung der synthetischen Nanopartikel, denn mit ihnen können sich auch Eigenschaften und Verhalten der Partikel ändern. Jedes neue Nanoprodukt hat mit andern Worten seine eigenen, spezifisch zusammengesetzten Nanopartikel. Deshalb fordern ExpertInnen auch, eine Risikoabschätzung von Nanomaterialien bereits auf der Entwicklungsstufe durchzuführen (vgl. «Ein Fressen für die Bakterien»).
Ökotox-Studien schwierig
Bei Chemikalien ist das Standard. Ob sie die Umwelt gefährden könnten, wird in ökotoxikologischen Studien abgeklärt. Dabei wird Schritt für Schritt ein ganzes Miniökosystem angeschaut, indem die Konzentration der Chemikalie im Wasser zunehmend erhöht wird: Wie wirkt sie auf Algen? Auf Wasserflöhe, die diese Algen fressen? Auf Guppys, Fische, die sich von Wasserflöhen ernähren? Und auf Bakterien, die alles wieder zerlegen? Solche Tests funktionieren bei Nanopartikeln nicht - unter anderem weil die Partikel instabil werden, wenn man ihre Konzentration zu stark erhöht. Dann verkleben sie zum Beispiel zu grösseren Klumpen und ändern dadurch auch ihr Verhalten.
Kennt man sowohl die Grösse als auch die genaue chemische Zusammensetzung und Beschichtung von synthetischen Nanopartikeln, lassen sich ihr Verhalten und ihre Effekte auf die Umwelt allerdings sehr wohl untersuchen. Genau das hat das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs (Eawag) in Angriff genommen. Zuerst ist Nanosilber dran, denn das wird in zunehmend grösserem Massstab auch in der Schweiz hergestellt und gehört zu den vielversprechendsten Nanopartikeln der Zukunft.
Seine antimikrobielle und antibakterielle Wirkung beruht auf ionischem Silber - elektrisch geladenen Atomen, welche die Silberpartikel beim Kontakt abgeben. In Deodorants oder Socken eingearbeitet, verhindern sie Schweissgeruch. Folien, die mit Nanosilber beschichtet sind, töten Keime und Bakterien ab, das ist insbesondere im Spital wichtig. Für pflanzliche Organismen allerdings ist ionisches Silber giftig.
Nanosilber schädigt Algen
Die Ökotoxikologin Renata Behra von der Eawag untersucht zurzeit, welchen Einfluss Silbernanopartikel in einer Grösse von zwei bis fünf Nanometern auf Algen haben - Partikel, wie sie in der Schweiz bereits hergestellt und angewandt werden, zum Beispiel in Fassadenfarben. Und tatsächlich: Beim Kontakt mit den Algen oxidierten die Silberpartikel und bildeten dabei Silberionen, die in die Algen eindrangen und sie schädigten. Weitere Resultate deuten darauf hin, dass die Silberpartikel auch fähig sind, selbst durch die Zellwand hindurch ins Innere der Algen vorzudringen und dort deutliche Veränderungen in einzelnen Zellteilen zu verursachen.
Während Behra herauszufinden versucht, welche Mechanismen an diesen Schädigungen beteiligt sind, führen ihre Kolleginnen Kristin Schirmer und Laura Sigg weitere Tests mit Silbernanopartikeln durch. Zum Beispiel nehmen sie andere Stoffe aus der Beschichtung der Partikel mit hinzu. Oder sie untersuchen, wie sich Silbernanopartikel auf die Kiemenzellen von Fischen auswirken.
Was sind Nanopartikel?
Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters - Partikel in dieser Grösse sind damit rund 100 000-mal kleiner als ein menschliches Haar und nur 10-mal grösser als ein Atom. Sie kommen natürlicherweise in der Umwelt vor - zum Beispiel als Feinstaub -, lassen sich aber auch künstlich herstellen.
Nanopartikel besitzen neue chemische und physikalische Eigenschaften. Gold etwa wird in Nanogrösse bereits bei Raumtemperatur flüssig und ist nicht mehr gelb, sondern rot. Ausserdem verhalten sich Nanopartikel je nach Grösse anders. Je kleiner ein Partikel, desto grösser ist im Vergleich dazu seine Oberfläche - und damit seine Reaktivität. Bei synthetischen Nanopartikeln macht sich die Industrie genau dies zunutze, um neue Materialien und Produkte herzustellen.
Sind Nanopartikel dabei nicht direkt ins Material eingebunden, sondern frei, werden sie meist beschichtet. Dadurch wird verhindert, dass sie untereinander verkleben und so ihre gewünschten Eigenschaften verlieren.
Die erhöhte Reaktivität und Mobilität von solch freien Nanopartikeln birgt indes auch ein Risikopotenzial. Denn es lässt sich kaum abschätzen, wie sie sich in der Umwelt verhalten.
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