Forscher spüren Nanopartikel in Umweltproben auf
Neues Verfahren weist kleinste Materialmengen noch effizienter nach
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Mikroskopische Aufnahme einer menschlichen Fettzelle (Foto: ibmt.fraunhofer.de) |
Ingert/Sulzbach (pte021/28.04.2016/11:30) Forscher am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) http://www.ibmt.fraunhofer.de haben ein neues Verfahren entwickelt, das Nanomaterialien in unterschiedlichen Umweltproben wie Flusswasser, Tiergewebe oder menschlichem Urin und Blut in einem Konzentrationsbereich von Nanogramm pro Liter (ppb - parts per billion) nachweist. Das entspricht einem halben Zuckerwürfel im Wasservolumen von 1.000 Sportschwimmbecken.
Verunreinigungen finden
Mit der neuen Methode lassen sich nicht nur wie bisher viele Nanomaterialien in klaren Flüssigkeiten, sondern auch sehr wenige Partikel in komplexen Stoffgemischen wie menschlichem Blut oder Bodenproben aufspüren. Der Ansatz basiert auf der Feldflussfraktionierung (FFF), mit deren Hilfe es möglich ist, komplexe, heterogene Stoffgemische aus Flüssigkeiten und Partikeln in ihre Einzelteile aufzutrennen und dabei die festen Bestandteile nach ihrer Größe zu sortieren. Das gelingt durch das Zusammenwirken eines kontrollierten Flüssigkeitsstroms und eines physikalischen Trennfelds, welches senkrecht auf die fließende Suspension wirkt.
Damit der Nachweis der geringen Verunreinigungen gelingt, müssen die Umweltproben aufbereitet sein. Das IBMT-Team machte Flusswasser, menschlichen Urin und Fischgewebe fit für das FFF-Gerät. "Wir präparieren die Proben mit speziellen Enzymen. Bei diesem Prozess dürfen die Nanomaterialien allerdings nicht zerstört oder verändert werden. Nur dann können wir die realen Mengen und Formen der Nanomaterialien in der Umwelt nachweisen", verdeutlicht IBMT-Expertin Yvonne Kohl die Vorgehensweise. Nanomaterialien können über verschiedene Pfade, unter anderem über das Abwasser, in die Umwelt gelangen.
Zellkulturmodelle entwickelt
Da Nanomaterialien vermutlich über biologische Barrieren wie Lunge oder Darm von Mensch und Tier aufgenommen, stellte das Projektteam diese Vorgänge in der Petrischale nach, um zu verstehen, wie Nanomaterialien über diese Barrieren transportiert werden. "Das ist ein sehr komplexer Vorgang, an dem verschiedenste Zellen und Gewebeschichten beteiligt sind", so Kohl. Die Forscher stellen die Vorgänge so realistisch wie möglich nach. Dazu messen sie beispielsweise die elektrischen Flüsse innerhalb der Barrieren, um deren Funktionalität zu ermitteln oder simulieren mit künstlichen Nebelwolken die Interaktion der Lunge mit der Luft.
Das IBMT-Team konnte in der ersten Phase des Projekts "NanoUmwelt" verschiedene Zellkulturmodelle für den Transport von Nanomaterialien über biologische Barrieren entwickeln. Dabei arbeitet das IBMT zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, das aus pluripotenten Stammzellen ein Modell zur Untersuchung der Kardiotoxizität entwickelte. Der Projektpartner Empa realisierte ein Plazenta-Barriere-Modell zur Studie des Nanomaterialien-Transports zwischen Mutter und Kind.
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