Zusammenfassung: Einfluss physikochemischer Eigenschaften auf das ökotoxikologische Potential verschiedener Kohlenstoffnanoröhren
Abschlussarbeit im PGS Toxikologie der Universität Leipzig Dr. rer. nat. Julia Donauer, Diplom-Biologin
Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT) wurden Anfang der 90er Jahre entdeckt und gehören laut CEN ISO/TS 27687 zu den Nanomaterialien. Aufgrund ihrer herausragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften sind sie sehr interessant für Forschung und Entwicklung. Dank ihrer Faserform und biologischen Persistenz lösen sie, ähnlich wie Asbest, beim Einatmen Entzündungen der Lunge aus. Da sie schlecht bioabbaubar und bioakkumulierend sind, ist eine ökotoxikologische Bewertung angebracht.
In der vorliegenden Arbeit wurden die aktuell verfügbaren Studien zu CNT in ökologischen Testorganismen ausgewertet, um den Einfluss der physikochemischen Eigenschaften unterschiedlicher CNT auf ihr ökotoxikologisches Potenzial zu bewerten. Dazu wurden, sofern bekannt, die Wirkmechanismen in verschiedenen Organismen herausgearbeitet und der Einfluss der verschiedenen verwendeten CNT-Typen sowie ihrer Dispergierung auf die Wirkstärke diskutiert. Zur Bewertung der Toxizität wurde ein PNEC berechnet.
CNT selbst, aber auch zum Teil enthaltene Verunreinigungen setzen reaktive Sauerstoffverbindungen (reactive oxygen species, ROS) frei, die Organismen schädigen können. Freisetzung von ROS verursacht z. B. einen Großteil der bakteriziden Wirkung der CNT. Neben der Art und Menge von Verunreinigungen der CNT bestimmen auch Funktionalisierungen das Ausmaß der ROS-Bildung.
Die Art der CNT (einwandig oder mehrwandig) spielt ebenfalls eine Rolle bei ihrer Toxizität, abhängig vom Organismus wirken einwandige CNT toxischer oder weniger toxisch als mehrwandige. Länge und Durchmesser von CNT können ebenfalls ihre Toxizität beeinflussen, so wirken z. B. in Grünalgen längere, dickere CNT stärker toxisch als dünne, kurze.
In natürlichen Gewässern sind organische Schwebstoffe (natural organic matter, NOM) vorhanden, die an die lipophilen CNT adsorbieren und sie dispergieren. Wie für verschiedene Organismen gezeigt werden konnte ist die Dispergierung eine entscheidender Faktor für die Toxizität, da sie die Bioverfügbarkeit sowie die Wirkung auf die Organismen beeinflusst.
CNT adsorbieren aber nicht nur an NOM, sondern auch an die Testorganismen selbst.
Aus den vorhandenen Daten wurden zur ökotoxikologischen Bewertung von MWNT und SWNT die PNEC berechnet und mit der PEC verglichen. Die physikochemischen Eigenschaften der CNT scheinen laut der vorliegenden Studien eine wichtige Rolle für ihr ökotoxikologisches Potenzial zu spielen. Die verfügbare Anzahl und Qualität der ökotoxikologischen Studien ist jedoch begrenzt, so dass weitere Studien zu dieser Fragestellung wünschenswert sind.
