„Doping“ für Nanopartikel

Partikel verträglicher für Mensch und Umwelt machen

Sie helfen, dass die Tütensuppe gleichmäßig ins kochende Wasser rieselt, die Düse der Spraydose nicht verstopft oder die Kunstoffsohle sich auch bei Regen als rutschfest erweist: Nanopartikel aus Pyrogenem Siliciumdioxid werden heutzutage vielfältig industriell eingesetzt.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von SiO2-Partikeln, die mittels Flammensprühpyrolyse hergestellt wurden. (Fotorecht: IWT Bremen / Suman Pokhrel)

Dabei wird immer weiter daran geforscht, dass sie bei ihrer Verarbeitung für Menschen ungefährlich sind, wenn sie versehentlich als Staub eingeatmet werden. Auch die Auswirkungen, die Partikel haben, wenn sie über Abwasser und Co. in die Umwelt gelangen, werden sehr gründlich untersucht.

Bremer Verfahrenstechniker beschäftigten sich nun mit der Frage, wie man die SiO2-Partikel so designen kann, dass sie immer verträglicher für Mensch und Umwelt werden. Für amerikanische Kooperationspartner im Center for Environmental Implications of Nanotechnology (kurz: CEIN) stellten sie mittels Flammensprühpyrolyse Pyrogenes SiO2 her, das mit Titan- und Aluminium-Partikeln dotiert, also angereichert wurde – im Englischen spricht man dabei von „doping“. Das Ergebnis: Die so veränderten Partikel wiesen signifikant bessere Verträglichkeit für die getesteten biologischen Zellen auf.

Best Poster Award für Partikel-Design „made in Bremen“
Nun erhielten die Bremer Wissenschaftler für die Präsentation ihrer Ergebnisse bei der weltweit führenden Konferenz für Partikeltechnologie „PARTEC“ in Nürnberg den ersten Platz für das beste wissenschaftliche Poster. „Wir freuen uns sehr, dass unsere Ergebnisse auch auf internationaler Ebene anerkannt werden und zum weltweiten Diskurs über die Gesundheitsgefahren von Nanopartikeln beitragen“, sagt Prof. Lutz Mädler. Er ist Mitautor der Studie, Leiter des Fachgebiets Mechanische Verfahrenstechnik der Universität Bremen und Direktor der Hauptabteilung Verfahrenstechnik der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) Bremen.

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„Die PARTEC, die aller drei Jahre stattfindet, ist der zentrale Treffpunkt der Partikeltechnologen. Da unsere Ergebnisse dort Beachtung finden, sind wir zuversichtlich, dass sie in Zukunft auch in der produzierenden Industrie umgesetzt werden“, sagt Suman Pokhrel, federführender Post-Doc der ausgezeichneten Studie.

CEIN und Uni Bremen: Eine starke Kooperation
Vor seiner Berufung an die Universität Bremen war Lutz Mädler an der University of California, Los Angeles (UCLA) beschäftigt und dort an der Gründung des CEIN beteiligt. Mit seinem Umzug nach Deutschland brachte er das Kooperationsprojekt mit an die Bremer Uni. Insgesamt sind am CEIN 13 Universitäten aus den USA, Europa und Asien mit 85 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern beteiligt.

Das Großprojekt ist vergleichbar mit einem deutschen Sonderforschungsbereich. Es hat das Ziel herauszufinden, wie Nanopartikel mit der Umwelt interagieren und so Risiken für Mensch, Tier und Umwelt zu bewerten und zu vermeiden. Der Beitrag von Mädlers Team liegt dabei auf der Herstellung von Nanopartikeln, die in einer Art Bibliothek gesammelt werden und als Untersuchungsgegenstand für die anderen Partner dienen. Zudem besteht durch das in Bremen weiterentwickelte Verfahren der Flammensprühpyrolyse die einzigartige Möglichkeit, Nanopartikel so zu designen, dass negative Auswirkungen auf Organismen verhindert werden können.

Im Rahmen der CEIN-Kooperation wurden seit 2008 bereits über 700 wissenschaftliche Veröffentlichungen publiziert. Zudem engagieren sich die Forschenden im Diskurs mit Politik und Industrie, um ihre Ergebnisse publik zu machen. Gefördert wird CEIN von der amerikanischen National Science Foundation (vergleichbar mit der Deutschen Forschungsgemeinschaft) und der amerikanischen Umweltbehörde.

Isabell Harder

Weitere Informationen:
Universität Bremen
Fachbereich Produktionstechnik, Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik
Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler
E-Mail: lmaedler@iwt.uni-bremen.de

Ph. D. Suman Pokhrel
E-Mail: spokhrel@iwt.uni-bremen.de

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