OECD-Testverfahren entwickelt: Was passiert mit Nanomaterialien in der Umwelt?

16.06.2021

Textilien, Küchengeräte, Verpackungsmaterial, Kosmetika oder auch Lebensmittel – Nanomaterialien kommen mittlerweile in zahlreichen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz. Um die ökologischen und gesundheitlichen Risiken zu erfassen, die sich aus dem Einsatz von Nanomaterialien ergeben können, haben Forscher*innen aus Österreich, Kanada und den USA zusammen mit Experten aus der ganzen Welt und im Auftrag der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) Testverfahren und dazugehörige Leitfäden entwickelt. Das Team um Frank von der Kammer und Thilo Hofmann aus dem Department für Umweltgeowissenschaften der Universität Wien hat mit seiner Forschung federführend zur Entwicklung dieser OECD Leitlinien für die Testung von Nanomaterialien beigetragen. Ein Artikel, der nun in Nature Nanotechnology erschienen ist, fasst die wesentlichen Empfehlungen und Ziele der zwei Leitfäden und eines Testverfahrens zusammen.

Die Struktur von Nanomaterialien ist – wie es bereits ihr Name verrät – im Nanometermaßstab angesiedelt, einem Millionstel eines Millimeters. Nanomaterialien verfügen daher im Vergleich zu Standardmaterialien oft über spezifische Eigenschaften. Aufgrund dieser neuartigen Eigenschaften und Funktionen sind sie für die Herstellung von Produkten in unterschiedlichsten Branchen interessant. Zugleich ergibt sich daraus auch ein spezifisches Verhalten dieser Materialien in der Umwelt. Frank von der Kammer, Umweltgeowissenschafter am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CMESS) der Universität Wien, erforscht das Umweltverhalten von Nanomaterialien. „Wir konzentrieren uns darauf, wie sich Nanomaterialien verändern, wenn sie in die Umwelt kommen, wo sie bleiben und wie man sie messen kann“, erzählt von der Kammer. „Es geht also konkret auch um die Frage: Wie gefährlich sind sie für die Umwelt? Und in welcher Form und Konzentration kann man Lebewesen diesen Materialien aussetzen ohne sie zu schädigen?“, ergänzt Thilo Hofmann, stellvertretender Leiter des CMESS.

Mit der Forschung zur Dispersionsstabilität und Agglomerationsverhalten von Nanomaterialien hat die Wiener Arbeitsgruppe das erste nanospezifische Testverfahren der OECD entwickelt (TG318). Damit schließt sie eine wichtige Wissens- und damit auch Regulierungslücke: Die bisherigen OECD Leitlinien zur Sicherheitstestung von Chemikalien hatten die Spezifizität von Nanomaterialien teilweise nur unzureichend berücksichtigt. Zu diesem Ergebnis kam ein OECD Expert*innenworkshop in Berlin im Jahr 2013, an dem auch die österreichischen, kanadischen und US-amerikanischen Forscher*innen beteiligt waren, die ausgehend von diesem Workshop in sechs Jahren gemeinsamer Forschung die neuen Leitfäden entwickelt haben. „Man hatte damals in der Testung der Chemikaliensicherheit schlichtweg keine adäquaten Verfahren, um die ökotoxikologischen Risiken und das Umweltverfahren von Nanomaterialien korrekt zu erfassen“, erklärt von der Kammer. „Mit unseren Arbeiten haben wir nun komplexe Grundlagenforschung in konkrete regulatorische Handlungspraxis überführen können, weil die von uns entwickelten Prüfrichtlinien international validiert sind und in allen OECD Ländern Gültigkeit besitzen“, betont er. Die nun in Nature Nanotechnology publizierte Correspondence fasst den Ausgangspunkt und die Eckpunkte dieser Arbeiten zusammen.

Der von den amerikanischen und kanadische Kolleg*innen federführend entwickelte Leitfaden für die ökotoxikologische Testung von Nanomaterialien (GD317) und der maßgeblich von der Wiener Forschungsgruppen entwickelte Leitfaden (GD318) wurden im Sommer 2020 verabschiedet. Für diesen Leitfaden haben die Wissenschafter*innen um Frank von der Kammer das bereits 2017 veröffentlichte Testverfahren zur Dispersionsstabilität und Agglomerationsverhalten um Erkenntnisse zum Auflösungsverhalten von Nanomaterialien ergänzt. „Wie und wie schnell sich Nanomaterialien auflösen ist entscheidend für die Frage, ob und wie man ihr Umweltverhalten testet“, erklärt von der Kammer. Hier setzt auch die weitere Forschung der Arbeitsgruppe an: In zwei aktuellen Forschungsprojekten übersetzen die Forscher*innen ihre Grundlagenforschung in die Entwicklung einfacher Testmethoden, die auch von nicht spezialisierten, kommerziellen Labors durchgeführt werden können. Die aktuellen Arbeiten zur Transformation von Nanomaterialien in der Umwelt erfolgen in Kooperation mit dem österreichischen Umweltbundesamt, jene zur Erforschung der Auflösungsdynamik in Zusammenarbeit mit dem deutschen Umweltbundesamt (UBA) und finanziert durch das deutsche Ministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU). Bereits das in Wien verantwortete Testverfahren war in Zusammenarbeit mit dem UBA und dem BMU entwickelt worden.

Publikation in Nature Nanotechnology:

Petersen, Elijah Joel; Goss, Greg Gerard, von der Kammer, Frank; Kennedy, Alan James. New guidance brings clarity to environmental hazard and behaviour testing of nanomaterials. Nat. Nanotechnol. 16, 482–483 (2021). https://doi.org/10.1038/s41565-021-00889-1

Nanomaterialien sind Materialien mit einer Strukturgröße von unter 100 nm. Daraus ergeben sich besondere Stoffeigenschaften und damit auch ein spezifisches Umweltverhalten. Quelle: Adobe Stock, yurazaga