Archiv der Kategorie: Nanotechnologie

Nanopartikel gefährlicher als gedacht

Es gibt sie in Nahrungsmitteln, Kinderspielzeug, Zahnpasta und Kleidung. Mehr als 1000 Produkten gibt es heute, die mithilfe der Nanotechnologie hergestellt wurden. Weitgehend ungeklärt jedoch bleiben die möglichen Auswirkungen der Nanoteilchen auf Mensch und Umwelt. Laut einer neuen Studie sind sie schädigender als bisherige Standardtests zeigen. Denn sie erfassen nicht, wie die Partikel auf die nächste Generation der Versuchsorganismen wirken. Die Nachkommen von Elterntieren der Großen Wasserflöhe reagierten merklich empfindlicher auf Nanopartikel aus Titandioxid als die der Kontrollgruppe, wie Forscher der Universität Koblenz-Landau berichten. Im Gegensatz zu den Eltern, wurden die Baby-Wasserflöhe allerdings nicht den Nanoteilchen ausgesetzt. Die Arbeit erschien in dem wissenschaftlichen Fachmagazin PLoS ONE.

Abhängig von der Dosis der Nanoteilchen, seien die Nachkommen zwei- bis fünfmal empfindlicher. Bereits Dosierungen um den Faktor 50 unterhalb der Wirkschwelle bei Elterntieren, hätten klare Effekte auf die nächste Generation. Bei den Eltern hingegen zeigten sich keinerlei Folgen. Gemessen wurde die Empfindlichkeit der Tiere über ihre Schwimmfähigkeit bei unterschiedlichen Konzentrationen der Nanopartikel. Ist diese beeinträchtigt, so könne sich das auf deren Überlebensfähigkeit auswirken.

Die Giftigkeit von Stoffen in Gewässer wird mithilfe von Standard-Tests ermittelt. Dazu werden nicht selten Wasserflöhe verwendet. Sie leben im Süßwasser und haben eine erhebliche Bedeutung im Nahrungssystem von Seen und Teichen. Auf ihrem Speiseplan steht pflanzliches Plankton, wobei die Wasserflöhe selber wiederum von Fischen gefressen werden. Daher bezeichnet man sie auch als Schlüsselart. Für die Forschung sind die Tiere interessant, da sie empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren und leicht zu züchten sind. Anhand ihrer Bewegungsfähigkeit lassen sich ökologische Folgen feststellen.

Derzeitig müssen Produkte mit Nanopartikeln in Deutschland nicht gekennzeichnet werden. Inwiefern die beobachteten Auswirkungen auch bei anderen Lebewesen – inklusive dem Menschen – oder durch andere Nanomaterialien auftreten könnten, sei gegenwärtig nicht bekannt, schreiben die Forscher. Titandioxid gelte bislang eher als unbedenklich. Jedoch würden die gängigen Tests und Risikobewertungen nun nicht mehr ausreichen. Die Zulassungsbehörden müssten ihre Untersuchungen den aktuellen Forschungsergebnissen anpassen. Denn Nanoteilchen gelangen natürlich auch in die Umwelt.

 

  • Bundschuh, Mirco, Frank Seitz, Ricki R. Rosenfeldt & Ralf Schulz, 2012: Titanium Dioxide Nanoparticles Increase Sensitivity in the Next Generation of the Water Flea Daphnia magna. In: PLoS ONE, 7(11). DOI: 10.1371/journal.pone.0048956
  • Project on Emerging Nanotechnologies, 2012: Consumer Products – An inventory of nanotechnology-based consumer products currently on the market. Woodrow Wilson International Center for Scholars & Pew Charitable Trusts (Hrsg.)
  • Lampert, Winfried & Ulrich Sommer, 1999: Limnoökologie. 2. Auflage. Thieme Verlag. ISBN: 3-13-786402-X

EXTRA

Datenbank mit Produkten, die Nanopartikel enthalten oder mit Nanotechnologie hergestellt wurden:

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Akkus zum Aufsprühen

Lithium-Ionen-Akkus versorgen den Großteil unserer tragbaren Elektrogeräte. Sie finden sich in Handys, MP3-Playern und Digital-Kameras. Einer Forschergruppe ist es nun erstmalig gelungen, eine aufsprühbare Variante der wiederaufladbaren Stromspeicher zu entwickeln. In der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Scientific Reports berichten sie darüber. Prinzipiell könne die aus fünf feinen Schichten bestehende, spezielle Farbe auf jeder Oberfläche aufgebracht werden. Daher ließe sich jener neuartige Akkumulator leicht mit Solarzellen verbinden und in Tassen oder flexible Gegenstände einbauen. Ansonsten seien sie mit normalen Lithium-Ionen-Akkus vergleichbar.

Genau wie herkömmliche Akkus besteht auch das neue Modell aus fünf Schichten. In der Mitte befindet sich eine Trennschicht, zum Beispiel aus einem Kunststoff-Siliziumdioxid-Gemisch. Sie trennt die zweite und dritte Schicht aus verschiedenen Lithiumverbindungen, welche als positive oder negative Elektroden dienen. In ihnen wird die Ladung gespeichert. Die Unter- und Oberseite des Akkus ist jeweils mit einer Kollektorschicht aus Aluminium oder Kupfer versehen. Dort wird die freigesetzte Spannung gesammelt, um beispielsweise an ein Notebook oder ein anderes Gerät abgegeben zu werden.

Bei dem Sprüh-Akku hingegen sei die untere Kollektorschicht aus Nanokarbonröhrchen und weiteren Bestandteilen. Die Oberseite bestehe aus einem gewöhnlichen, elektrisch leitenden Kupferlack. Der bedeutendste Unterschied stelle jedoch die Anpassung der konventionellen Akku-Schichten dar, sodass sie in Flüssigkeit lösbar seien. Anschließend könne man sie mit dem industriell weit verbreiteten Verfahren des Sprühbeschichtens auftragen. Dazu müsse die zu beschichtende Oberfläche 120 Grad Celsius heiß sein. Nach dem Tränken des Schichtstapels in einer Elektrolytlösung und dem Abdichten mit einer Plastikfolie sei der Akku weniger als einen Millimeter dünn.

 

  • Singh, Neelam, Charudatta Galande, Andrea Miranda, Akshay Mathkar, Wei Gao, Arava Leela Mohana Reddy, Alexandru Vlad & Pulickel M. Ajayan, 2012: Paintable Battery. In: Scientific Reports, Ausgabe 2(481). DOI: 10.1038/srep00481

  • Foto: Singh, Neelam, Charudatta Galande, Andrea Miranda, Akshay Mathkar, Wei Gao, Arava Leela Mohana Reddy, Alexandru Vlad & Pulickel M. Ajayan, 2012: Figure 3: Characterization of spray painted Li-ion cells. Aus: Paintable Battery. In: Scientific Reports, Ausgabe 2(481). DOI: 10.1038/srep00481

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Nanopartikel können Schwangerschaft beeinflussen

Bei Versuchen mit schwangeren Mäusen wiesen Wissenschaftler Nanopartikel in der Plazenta sowie in der Leber und im Gehirn der Föten nach. Davon berichten sie in dem wissenschaftlichen Fachmagazin Nature Nanotechnology. Betroffen waren Siliciumdioxid- sowie Titandioxid-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 35 und 70 Nanometern. Der Nachweis konnte erbracht werden, nachdem den Muttertieren die Teilchen in die Venen gespritzt wurden. Daraufhin dokumentierten die Forscher kleinere Gebärmuttern und Föten als bei der Vergleichsgruppe. Als Begründung führen sie strukturelle und funktionelle Veränderungen im Mutterkuchen an. Bei Partikeln mit einem Durchmesser von 300 und 1000 Nanometern traten die Komplikationen nicht auf. Eine Modifizierung der Nanoteilchen könne die negativen Auswirkungen aufheben.

 

  • Yamashita, Kohei, Yasuo Yoshioka, Kazuma Higashisaka, Kazuya Mimura, Yuki Morishita, Masatoshi Nozaki, Tokuyuki Yoshida, Toshinobu Ogura, Hiromi Nabeshi, Kazuya Nagano, Yasuhiro Abe, Haruhiko Kamada, Youko Monobe, Takayoshi Imazawa, Hisae Aoshima, Kiyoshi Shishido, Yuichi Kawai, Tadanori Mayumi, Shin-ichi Tsunoda, Norio Itoh, Tomoaki Yoshikawa, Itaru Yanagihara, Shigeru Saito & Yasuo Tsutsumi, 2011: Silica and titanium dioxide nanoparticles cause pregnancy complications in mice. In: Nature Nanotechnology, Ausgabe 6, Seiten 321-328. DOI: 10.1038/nnano.2011.41

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Solarzellen aus günstigem Zink

Fast 3000 Euro Preisunterschied pro Kilogramm. Das könnte sich positiv auf die Produktionskosten von Farbstoff-Solarzellen auswirken. In dem wissenschaftlichen Fachblatt Chemical Communications berichten Forscher von ihrer Entdeckung: Sie konnten erstmalig zeigen, dass Zink anstelle des äußerst seltenen Metalls Ruthenium bei der Herstellung von Farbstoff-Solarzellen eingesetzt werden kann. Ersteres ist bisher in rauen Mengen vorhanden und kostet 1,50 pro Kilogramm. Demgegenüber schlägt ein Kilo Ruthenium mit fast 3000 Euro zu buche. Ferner sei den Wissenschaftlern eine neuartige Methode zur Produktion und Verankerung von Farbstoffen auf der Oberfläche von Nanopartikeln (Titandioxid) gelungen.

Farbstoff-Solarzellen werden aus Titandioxid gefertigt. Darauf ist ein Farbstoff, basierend auf Ruthenium oder Zink, verankert. Er dient der Absorption von Sonnenlicht. Der Farbstoff wiederum leitet Elektronen an den Halbleiter Titandioxid: Es fließt Strom. Gleichwohl merken die Forscher an, dass die neuen, mit Hilfe von Zink hergestellten Farbstoff-Solarzellen bisher wenig effizient seien. Dennoch versprechen sich die Wissenschaftler mit ihrer Entdeckung einen Beitrag zu einer neuen Generation von Solarzellen geleistet zu haben.

 

  • Bozic-Weber, Biljana, Edwin C. Constable, Nik Hostettler, Catherine E. Housecroft, Ralf Schmitt & Ewald Schönhofer, 2012: The d10 route to dye-sensitized solar cells: step-wise assembly of zinc(II) photosensitizers on TiO2 surfaces. In: Chemical Communications. DOI: 10.1039/C2CC31729J

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Was ist Nanotechnologie?

Die Vorsilbe ‚Nano-‚ ist mit dem griechischen Wort ’nãnos‘ verwandt, was soviel wie ‚Zwerg‘ bedeutet. Nanotechnologen beschäftigen sich mit Dimensionen zwischen einem und 100 Nanometern (nm). Zum Vergleich: Zeitungspapier ist circa 100 000 nm dick. Dabei entspricht ein Nanometer einem millionstel Millimeter. Da Nanoteilchen derartig winzig sind, können sie grundlegend veränderte physikalische, chemische und biologische Eigenschaften aufweisen. Genau diese versuchen sich Nanotechnologen zunutze zu machen.

In der modernen Nanotechnologie vereinigen sich Disziplinen wie Physik, Chemie, Biologie sowie Material- und Ingenieurswissenschaften. Bei der Herstellung von Materialien aus Nanopartikeln, -fasern oder -plättchen manipulieren und kontrollieren die Entwickler Atome und Moleküle. Auf diese Weise können Nanomaterialien beispielsweise besser Strom oder Wärme leiten, mehr Licht reflektieren, oder sie werden chemisch reaktionsfreudiger. Zudem ist es möglich, sie stabiler zu machen. Der Grund für jene veränderten Eigenschaften liegt in der enorm vergrößerten Oberfläche der Nanostoffe – bei gleichbleibendem Gesamtvolumen.

Nanomaterialien werden jedoch nicht ausschließlich künstlich produziert. Auch in der Natur gibt es nanoskalige Stoffe, z.B. das Hämoglobin. Der rote Farbstoff der Blutkörperchen wird für den Sauerstofftransport benötigt. Auch in Auspuffabgasen, Rauch und vulkanischer Asche finden sich Nanopartikel.

 

  • Bibliographisches Institut, Dudenverlag (Hrsg.), 2012: Nano-. In: Duden Online

  • National Nanotechnology Initiative (NNI) (Hrsg.), 2012: Nanotechnology 101 – [Zusammenschluss von 25 Bundesbehörden in den USA]

EXTRAS

Ausgewogener, fast 30-minütiger Radiobeitrag zum Nachhören über Nanotechnologie sowie deren Risiken und Chancen:

Kurzes Video, in dem beispielhaft einige Produkte mit Nanopartikeln gezeigt sowie deren Risiken angesprochen werden:

  • Zweites Deutsches Fernsehen (ZDF) (Hrsg.), 2011: Gefährliches Nanosilber? In: ZDF WISO, 17.10.2011. Bericht von M. Resch & A. Utfeld [Update 03.01.2013: Der Beitrag wurde aus der ZDF-Mediathek entfernt.]

Informationen aus der Forschung zum Thema Nanotechnologie gibt es hier, und dort.

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Nanotechnologie: Standardtests zur Risikobewertung „ungenügend“

Zu diesem Ergebnis kommen Forscher im Fachblatt PLoS ONE.

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Verhaltensänderungen durch Nanopartikel

Ob im Essen, in Kosmetikprodukten, Reinigungsmitteln oder als Ersatz fettiger Schmierstoffe für Fahrradketten: die Einsatzgebiete der Nanotechnologie sind vielfältig. Doch obwohl es kaum Erkenntnisse bezüglich möglicher Auswirkungen auf den Stoffwechsel gibt, werden Nanopartikel1 immer häufiger verwendet. Ein schwedisches Forscherteam konnte nun gravierende Verhaltensänderungen und Fettstoffwechselstörungen bei Fischen feststellen. Sie berichten darüber im wissenschaftlichen Fachblatt PLoS ONE. Nahmen die Fische Nanoteilchen enthaltenes Futter auf, dann konnten sie ihre Fettreserven nicht mehr richtig verwerten. Zudem brauchten sie mehr als doppelt so lange für die Nahrungsaufnahme wie die Kontrollgruppe, die den Nanopartikeln nicht ausgesetzt war. Die betroffenen Fische schwammen und jagten langsamer. In die Meere und Süßgewässer gelangen die winzigen Teilchen über die Kanalisation, erklären die Forscher. Auf diese Weise würden sie schließlich auch in der Nahrungskette auftauchen.

1 – Ein Nanometer entspricht einem milliardstel Meter.

 

  • Cedervall, Tommy, Lars-Anders Hansson, Mercy Lard, Birgitta Frohm & Sara Linse, 2012: Food Chain Transport of Nanoparticles Affects Behaviour and Fat Metabolism in Fish. In: PLoS ONE 7(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0032254

  • Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) (Hrsg.), 2012: Pressemeldung vom 02.04.2012, Zahnräder und Kurbeln gleiten wie von selbst und sind gleichzeitig vor Rost geschützt

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