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Nanopartikel als Schmutzfänger

Am Fraunhofer IGB in Stuttgart wurden Nanopartikel hergestellt, die selbst gering konzentrierte Pharmaka aus Abwässern effektiv binden. Möglich macht dies die NANOCYTES-Technologie, mit der Nanopartikel ganz selektiv für den verunreinigenden und abzutrennenden Stoff geprägt werden. Das patentierte Verfahren kann ebenso für Wertstoffe eingesetzt werden, die von anderen Stoffen verunreinigt sind. In diesem Fall dient es der Aufreinigung. Viele gängige Medikamente werden selbst in den biologischen Stufen der Kläranlagen nicht oder nicht effektiv abgebaut. Aus kontaminierten Oberflächengewässern gelangen sie häufig bis in das Grundwasser. Über 100 verschiedene Arzneimittelwirkstoffe und Arzneimittelrückstände wurden bislang, teilweise in Konzentrationen oberhalb ökotoxikologischer Wirkschwellen, im aquatischen Kreislauf nachgewiesen. Ein Abbau dieser Spurenschadstoffe mit physikalisch-chemischen Methoden wie der Ozonolyse oder der Adsorption an Aktivkohle ist kostenintensiv oder es entstehen toxische Abbauprodukte. Die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben in einem neuen Ansatz Nanopartikel als selektive Adsorber für zwei weit verbreitete Arzneimittelwirkstoffe, das Schmerzmittel Diclofenac und das bei Durchblutungsstörungen verschriebene Pentoxifyllin, hergestellt. Mit einem patentierten Verfahren prägen die Wissenschaftler um Priv.-Doz. Dr. Günter Tovar einen jeweils ganz spezifischen Abdruck dieser Pharmaka in die Oberfläche kleinster Polymerkügelchen. Dieser Abdruck in den so genannten NanoMIPs (nanoscopic molecular imprinted polymers) bleibt dauerhaft erhalten. "Das zu entfernende Arzneimittel passt nun genau in diesen Abdruck - wie ein Schlüssel ins Schloss", erklärt Günter Tovar. In einem durch das Umweltministerium Baden-Württemberg geförderten Projekt konnten die Wissenschaftler an Modelllösungen zeigen, dass die robusten NanoMIPs selektiv nur "ihren" Stoff adsorbieren und beispielsweise 1 Gramm NanoMIP bis zu 500 µg Pentoxifyllin aufnehmen kann. Die spezifischen Adsorberkügelchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von nur 200 Nanometer können, in eine Membran eingebunden, zur Adsorption der Schadstoffe über ein Filtrationsverfahren eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, die Nanopartikel mit einem magnetisierbaren Kern auszustatten. Dann ließen sie sich - und mit ihnen die gebundenen Pharmaka - aus zum Beispiel Abwasser einfach mit einem Magnetabscheider abfangen. Umgekehrt lassen sich auf die gleiche Weise mit spezifisch geprägten Nanopartikeln auch Wertstoffe effektiv aufreinigen. Nach Abtrennung der gewünschten Substanzen über die Kügelchen können diese aus den Prägestellen auf der Oberfläche der NanoMIPs einfach herausgelöst werden.

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