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Sie sind kleiner als 100 Nanometer, also noch nicht einmal ein millionstel Meter. Dennoch kommen sie derzeit ganz groß raus – in Industrie und Medizin: Nanopartikel sind die neuen Stars. Das Besondere: Im Vergleich zu höherskaligen Partikeln haben sie andere physikalische Eigenschaften – allein schon aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Oberfläche. Dadurch erschließen sie ihren Anwendern ganz neue Möglichkeiten. So sind Nanopartikel aus Titandioxid mittlerweile in Sport-Bekleidung, Fassadenfarbe oder Sonnencreme zu finden. In Sonnencreme etwa dienen sie als Absorber für UV-Licht. Aber was geschieht, wenn wir den Nano-Sonnenschutz vom Körper abduschen? Wenn die kleinen Teilchen in die Umwelt gelangen? Wie umweltschädlich sind Nanomaterialien? “Das lässt sich pauschal nicht sagen. Hier besteht durchaus noch Forschungsbedarf”, erklärt Dr. Christoph Steinbach, Nano-Experte bei der DECHEMA.

Kontaminierte Böden reinigen

Als generell umweltschädlich lassen sich Nanomaterialien aber gewiss nicht einstufen: Denn “mit ihrer Hilfe kann der Umwelt durchaus auch etwas Gutes getan werden“, erklärt Steinbach. “Kontaminierte Böden lassen sich beispielsweise reinigen.” So wie etwa Gelände metallverarbeitender Betriebe oder alte Munitionslager. Metall- und Werkstücke wurden hier früher mit dem Krebs auslösenden Tetrachlorethylen („Tetra“) gereinigt. “Der Boden wurde dabei kontaminiert”, möglicherweise sogar das Grundwasser, wie Steinbach weiter ausführt. Genau hier kommt Nano zum Einsatz: Fachleute bohren ein Loch in den Boden, befüllen es mit Nano-Eisen. “Das Eisen reagiert mit dem Tetrachlorethylen”. Es entstehen Ethylen und Eisenchlorid. Die Karzinogenität, die von dem verunreinigten Boden ausging, verschwindet. Steinbach: “Natürlich sind auch große Mengen Eisen und Eisensalze nicht ganz ungefährlich. Wenn die richtigen Randbedingungen eingehalten werden, ist das aber in der hier verwendeten Konzentration harmlos.”

Sauberes Wasser dank Nanobeschichtung

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit: Die Reinigung von Abwässern. Werden Abwasser-Glasrohre von innen mit Titandioxid-Partikeln beschichtet, genügt Tageslicht um in den Rohren Schmutz abzubauen. Steinbach: “Der chemische Zersetzungsprozess setzt automatisch mit der UV-Bestrahlung ein.” Der Selbstreinigungseffekt beruht auf der Bildung eines Elektron-Loch-Paares im Titanoxid. Die Ladungsträger wandern zur Oberfläche und lösen dort chemische Reaktionen aus, bei denen organische Substanzen abgebaut werden. Weiteres Beispiel: In Krankenhäusern könnten künftig Elektroden mit Nano-Diamantbeschichtung zum Einsatz kommen, um Abwässer von Blutabfällen oder Antibiotika zu reinigen.

Nano für mehr Gesundheit 

Steinbach, der Fachmann für das Thema Sicherheit in der Nanotechnologie ist, beschäftigt sich vor allem mit der Frage, welche Auswirkungen Nanomaterialien auf unsere Gesundheit haben. Dazu durchstöbert er, gemeinsam mit Kollegen aus der Toxikologie, große Mengen an Literatur. Sie prüfen, welche Studien aussagekräftig sind – und was sich daraus ableiten lässt (mehr dazu unter http://www.nanoobjects.info). Oftmals seien Horrormeldungen, die Nanopartikeln eine generelle Gesundheitsgefahr attestieren, nicht haltbar. Weil sie etwa auf Studien beruhen, bei denen wichtige Randbedingungen nicht genügend berücksichtigt wurden.

Andererseits, berichtet Steinbach, bergen Nanopartikel für unsere Gesundheit ein großes Potential. Zum einen aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Oberfläche. Dies hat den Vorteil, dass dem Organismus eine große Menge des Wirkstoffs dargeboten wird, wenn medizinische Wirkstoffe in Nanoform in den Körper eingebracht werden. Mehr, als würde man das Medikament in herkömmlicher Form verabreichen. Kurz gesagt: Die Bioverfügbarkeit steigt mit der Nanoskalierung. 

Zudem könnten Nanopartikel als Trojanisches Pferd genutzt werden, um Medikamente an Zielorte zu bringen – die ansonsten nur schwer zugänglich sind. So befindet sich derzeit in klinischer Phase III eine Gehirntumor-Behandlungsalternative, bei der Chemotherapeutika als Nanopartikel verkapselt werden. Der Clou: “Ummantelt sind die Partikel von einer Hüllschicht, welche die Blut-Hirn-Schranke austrickst.” Normalerweise haben es Medikamente sehr schwer, diese Barriere zu passieren. “Besteht die Hülle nun aber aus einem Stoff, der vom Gehirn beispielsweise als etwas Essbares, also etwas Gutes, erkannt wird, dann werden die Partikel durchgelassen.” 

Eine weitere Therapieform hat die Firma MagForce entwickelt, wie Steinbach berichtet “hier werden Eisennanopartikel direkt in einen Gehirntumor eingebracht. Der Patient kommt dann in eine Art Mikrowelle. Dort werden die Partikel erwärmt. Die Krebszellen sterben als Folge ab.” 

Mehr Vernetzung nötig

Die Nanoskalierung eröffnet der Medizin also ganz neue Maßstäbe. Noch allerdings komme zu wenig von der derzeitigen Forschung tatsächlich beim Patienten an, erklärt Steinbach: “Die Zulassungsverfahren überfordern viele Unternehmen, sowohl finanziell als auch zeitlich.” Um die Bedingungen zu verbessern und insgesamt die Forschungsförderung im Bereich Nanomedizin voran zu bringen, hat sich im März diesen Jahres in Frankfurt am Main die Deutsche Plattform NanoBioMedizin gegründet (weitere Informationen unter http://www.deutsche-plattform-nanobiomedizin.de). Technologieentwickler aus den Materialwissenschaften, Chemie, Biologie und Physik sollen mit medizinischen Anwendern wie Pharmazeuten, Klinikern und Industrieunternehmen ins Gespräch kommen, enger zusammenarbeiten, um “am Ende bedarfsgerechte Innovationen für Patienten auf den Markt bringen zu können”.Nicht nur diese Neu-Gründung zeigt: Nanomaterialien halten immer mehr Einzug in unseren Alltag. Wir werden also noch viel hören von den “Nano-Stars” und ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.

Nanotechnologie ist im Rahmen verschiedener Veranstaltungen Thema auf der ACHEMA 2015. Eine Vortragsreihe, die sich unter anderem der Herstellung von Nanomaterialien und Umweltrisiken widmet, findet statt am Donnerstag, 18. Juni (Harmonie 2, CMF). Vorträge zu Nanotechnologie in der Pharmazie werden angeboten am 17. Juni (Spektrum, CMF).
Zudem veranstaltet das Netzwerk NANORA (“Nano Regions Alliance of Northwest Europe”) eine Vortagsreihe (17.06. ab 14:30 Halle 4.2, Raum DIMENSION).

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