Behördenbezeichnung mit Staatswappen: Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Nanotechnologie

Die Nanotechnologie als die Zukunftstechnologie des 21. Jahrhunderts hat bereits in vielen Bereichen Einzug in unseren Alltag gefunden. Die Anzahl der mithilfe von Nanotechnologie oder unter Verwendung von Nanopartikeln hergestellten Produkte wächst zunehmend. Man findet die Zwerge („nano“ bedeutet im Griechischen Zwerg) zum Beispiel in Kosmetika als Sonnenschutzmittel, in kratzfesten Glanzlacken und Beschichtungen gegen Schmutzanhaftungen oder in Kunststoffen, die das Gewicht von Autos und Flugzeugen verringern. Nanomaterialien werden neben den vielen industriellen Anwendungsfeldern auch für Verpackungen von Lebensmitteln und in der Medizin eingesetzt.

Partikel, Fasern, Schichten: Nanomaterialienund ihre Anwendungsgebiete

Synthetische Nanopartikel unterscheiden sich von natürlichen oder unbeabsichtigt entstehenden Nanopartikeln wie zum Beispiel Ultrafeinstaub aus Dieselmotoren in der Umgebungsluft dadurch, dass sie gezielt hergestellt werden und damit klar definiert sind. Ihre Oberfläche kann in bestimmter Art und Weise behandelt sein, um bestimmte technische Eigenschaften zu erfüllen. Nanomaterialien kann man von den Strukturen her unterscheiden in Partikel, Fasern und Schichten. Die gängigsten Partikel sind Industrieruß, Metalle und Metalloxide, die zum Beispiel in Form von Titandioxid bereits in Sonnenschutzmitteln eingesetzt werden. Faserförmige Kohlenstoff-Nanoröhren haben einen Durchmesser von einigen Nanometern, können aber mehrere Mikrometer lang sein. Dieses extrem zugfeste Material findet zum Beispiel im Carbon-Tennisschläger Verwendung. Nanoschichten sind nur wenige Nanometer dick und können zum Beispiel als kratzfeste Beschichtung auf Brillengläsern eingesetzt werden. Die Nanotechnologie hat somit sehr breite und vielfältige Einsatzbereiche, sowohl in der industriellen Anwendung als auch in verschiedenen Verbraucherprodukten, wie zum Beispiel Kosmetika.

Chancen für Gesundheit und Umwelt

Nanotechnologien versprechen große Chancen für Gesundheit und Umwelt. So können leichtere und gleichzeitig stabilere Materialien hergestellt werden, wodurch Ressourcen wie beispielsweise Kraftstoffe eingespart werden. In der Umwelttechnik ermöglichen es nanotechnologische Lösungen, die Reinigungsleistung von Filtern in der Abgas- und Abwasserreinigung zu optimieren. Nanotechnologische Produkte können gefährliche Stoffe ersetzen oder ihre Verwendung vermindern. Beispiele dafür sind der Ersatz von organischen Bioziden durch biozide Nanoprodukte oder der Ersatz von Chrom im Korrosionsschutz.

In der medizinischen und pharmakologischen Forschung werden Nanopartikel und Nanostrukturen bereits seit den 70er-Jahren entwickelt, erprobt und eingesetzt. Einige Verfahren, wie beispielsweise die Verkapselung von Wirkstoffen, sind bereits etabliert und die Produkte seit Langem auf dem Markt. Verschiedene Medikamente werden bereits auf Nanogröße verkleinert, um die Bioverfügbarkeit und Löslichkeit zu erhöhen. Eine verbesserte Aufnahme (Resorption) wird für Wirkstoffe erreicht, die durch die Haut aufgenommen werden, wie beispielsweise über Pflaster oder Salben. In Arzneimitteln verwendet man Nanopartikel, um Stoffe gezielt an den gewünschten Wirkort zu bringen. Dafür werden die Wirkstoffe in Nanopartikeln auf Eiweiß-, Fett- oder Zuckerbasis, zum Beispiel in Emulsionen oder Polymerhüllen, verkapselt. Seit einiger Zeit gibt es auch Versuche, Fullerene als Wirkstoffträger einzusetzen. Eine kontrollierte Abgabe der Wirkstoffe über längere Zeit wird dadurch ebenfalls möglich.

Medizinische Produkte und Geräte wie zum Beispiel Katheter und Wundverbände können mit nanoskaligem Silber beschichtet werden und weisen dadurch eine antibakterielle Wirkung auf. In Knochenimplantaten werden Nanobeschichtungen eingesetzt, um das Anwachsen der Implantate zu beschleunigen und deren Lebensdauer zu verlängern.

Auch im Bereich der Diagnostik, zum Beispiel von Tumoren, eröffnen Nanopartikel neue Zukunftsperspektiven. So finden die nanoskaligen Materialstrukturen der Quantenpunkte (Quantum dots), die definierte Oberflächenstrukturen besitzen, Anwendung in der Display- und LED-Herstellung. Nanopartikel können aber auch gezielt in bestimmte Zellen eingeschleust werden. Dort beginnen sie zu leuchten und markieren damit Tumorzellen.

Mögliche Risiken

Auch wenn die Nanotechnologie große Chancen eröffnet, müssen die möglichen Risiken gezielt untersucht, bewertet und in der Öffentlichkeit offen und verantwortungsvoll diskutiert werden. Die Abschätzung der Risiken für den Menschen in seinen unmittelbaren Lebenswelten ist eine wichtige integrale Aufgabe der Gesundheits-, Arbeits- und Verbraucherschutzbehörden. Neben der „Kleinheit“ der eingesetzten Nanostrukturen ist die wesentliche Grundlage der Nanotechnologie, dass diese nanoskaligen Teilchen andere und zum Teil unerwartete neue physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen als vergleichbare größere Partikel. Diese Veränderungen können auch Wirkungen an biologischen Strukturen betreffen.

Die Aufnahme von Nanomaterialien kann potenziell über den Magen- Darm-Trakt, die Haut und die Lunge erfolgen, wobei der inhalative Weg, also über die Lunge, sicherlich der bedeutendste ist. Aus der Forschung zu Feinstaub und Ultrafeinstaub in der Außen- und Innenraumluft ist bekannt, dass je kleiner die aufgenommenen Partikel sind, sie desto tiefer in die Lunge gelangen können. Partikel in Nanogröße können bis in die Lungenbläschen (Alveolen) vordringen. Wenn sie dort nicht von den körpereigenen Abwehrmechanismen ausgeschieden werden, gelangen Partikel in geringem Maß möglicherweise auch in die Blutbahn. Diese Fähigkeit zur Translokation hängt stark von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Partikel ab, insbesondere von der Oberflächenbeschaffenheit und Löslichkeit der Partikel. Toxische Effekte von synthetisch hergestellten Nanopartikeln wurden bislang nur in Tierversuchen und an Zellkulturen untersucht.

Wegen der verschiedenen Versuchsansätze und der unterschiedlichen verwendeten Partikel sind die Studien allerdings nur schwer vergleichbar und die Übertragbarkeit auf den Menschen ist begrenzt. Eventuelle gesundheitliche Auswirkungen müssen jedoch möglichst frühzeitig erkannt und im Rahmen des Risikomanagements berücksichtigt werden. Hier besteht noch mehr Forschungsbedarf hinsichtlich des Vorkommens von Nanopartikeln in der Umwelt, zur Exposition des Menschen und zum Verbleib und den Wirkungen im Organismus.