Künstliche Nanopartikel werden immer häufiger eingesetzt. Bisher war jedoch nicht klar, welche Wirkung sie in Gewässern entflaten. Jetzt hat eine Studie nachgewiesen, dass einmal in das Wasser gelangtes Titandioxid aufgrund seiner photoreaktiven Eigenschaften zellschädigend ist. Sowohl freischwimmende Organismen als auch – in geringerem Maße – Biofilme – trugen Schäden davon. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Environmental Science & Technology“ erschienen.
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Künstlich hergestellte Nanomaterialien sind kleiner als 100 Nanometer und zeigen deshalb häufig neuartige chemische, physikalische und optische Eigenschaften. Auf Grund dieser besonderen Eigenschaften finden sie ein breites Anwendungsgebiet in der Industrie, aber auch zunehmend in Alltagsprodukten wie beispielsweise Sonnencreme, Kleidung oder Nahrungsmittel. Während der Produktion, der Anwendung oder Entsorgung gelangen diese Materialien aber auch in die Umwelt, zum Beispiel über das Abwasser. Das Verhalten dieser Materialien und deren Effekte auf Organismen sind bisher weitgehend unerforscht.
Thilo Hofmann vom Department für Umweltgeowissenschaften und Tom Battin vom Department für Limnologie der Universität Wien untersuchten mit ihren Teams die Wirkung von künstlich hergestellten Nanopartikeln auf Mikroorganismen in Gewässern. Die nun publizierte Studie beschäftigt sich mit dem Transportverhalten von nanopartikulärem Titandioxid (TiO2), das aufgrund seiner hohen Produktionsraten und breiten Anwendungsgebiete in relevanten Konzentrationen über Wasser in die Umwelt gelangt.
Nachbau natürlicher Fließgewässer als Testgebiet
Das besondere an der Studie ist der erste Nachweis der Zytotoxizität von schon sehr geringen Konzentrationen von Titandioxid unter quasi natürlichen Umweltbedingungen. Hierzu wurden Mikrokosmen in einem Modell, das den Nanopartikel-Transport in Fließgewässern naturnah darstellt und die Effekte auf natürliche mikrobiologische Gemeinschaften untersucht. Die Forscher nutzten dafür Fließrinnen von 130 Zentimetern Länge, zwei Zentimetern Breite und einer Wassertiefe von 1,5 Zentimetern, die von mit gefiltertem Seewasser durchströmt wurden. In der Grenzschicht zwischen Wasserphase und Sediment bildete sich dabei ein so genannter Biofilm, eine dünne Schleimschicht, in der Mikroorganismen eingebettet sind.
Zellschädigend vor allem gegenüber freischwimmenden Organismen
Dann gaben die Wissenschaftler die Nanopartikel dazu. Es zeigte sich, dass der Verbleib der Partikel im Wasser sowie die Transportreichweite dann besonders hoch ist, wenn die Teilchen zuvor fein verteilt wurden. Die Testansätze ergaben, dass freischwimmende Organismen durch die Nanopartikel geschädigt wurden. Die destruktive Wirkung des Titanoxid war klar belegt. Darüber hinaus wurden die Nanopartikel aber auch im Biofilm angereichert und konnten hier unter Einfluss von Licht ihre schädigende Wirkung entfalten. Hier allerdings waren die Folgen geringer. Offenbar schützte der Biofilm die Mikroorganismen vor dem Titandioxid.
Die Studie trägt nach Ansicht der Forscher maßgeblich zum Verständnis der Zytotoxizität und des Transportverhaltens von Nanopartikeln in natürlichen aquatischen Systemen bei und erweitert somit das Bild, das man bisher von Nanopartikeln in Laborstudien gewinnen konnte.
(Universität Wien, 10.11.2009 – NPO)
