Verdens første model for konstruerede nanopartikler i overfladevand

Forskere fra Wageningen University leverer verdens første rumligt eksplicitte model, der simulerer adfærden og skæbnen for manipulerede nanopartikler (ENP'er) i overfladevand. Wageningen-forsker Bart Koelmans:"Dette er vigtigt for at sikre sikker nanoteknologi. Vi skal have en vurdering af risiciene ved ENP for mennesker og miljø."

Nanoteknologi udvikler sig hurtigt, med den hurtigt voksende emission af mindre end 100 nm konstruerede nanopartikler som konsekvens. ENP'er er svære at måle i miljøet, så eksponeringsvurderinger må baseres på modellering. Tidligere modeller kunne kun forudsige gennemsnitlige baggrundskoncentrationer på kontinental eller national skala.

NanoDUFLOW

Den nye NanoDUFLOW-model udviklet af Joris Quik, Jeroen de Klein og Bart Koelmans og for nylig beskrevet i Water Research magazine, er i stand til at simulere koncentrationerne af ENP'er, og deres homo- og heteroaggregater i rum og tid, for ethvert hydrologisk strømningsregime i en flod. Under hætten på NanoDUFLOW er en 'motor', der beregner alle relevante interaktioner mellem 35 typer partikler, inklusive ENP'erne, og det bestemmer sammenlægningen, sætning eller længerevarende strømning i floden. Hastigheden af ​​disse interaktioner afhænger af strømningsforholdene i floden, som beregnes i hydrologimodulet i NanoDUFLOW. Dette modul kan indstilles til at matche kanalstrukturen for ethvert opland som defineret af brugeren, giver mulighed for stor fleksibilitet.

Udvikling af modellen

Udviklingen af ​​modellen tog en lang og snoet vej. ENP'er er nye kemikalier med unikke egenskaber, hvilket indebærer, at nogle nye procesbeskrivelser skulle udvikles. En af hovedparametrene i denne nye type modeller er fastgørelseseffektiviteten. Vedhæftningseffektiviteten er chancen for, at to partikler forbliver sammen, når de kolliderer, en chance, der afhænger af arten af ​​de kolliderende partikler og vandets kemi. Der skulle udvikles en smart beregningsmetode, der muliggjorde estimering af vedhæftningseffektiviteten fra laboratorieforsøg med ENP'er og naturlige partikler og vand opsamlet i marken.

Brug af NanoDUFLOW til risikovurdering af nanomaterialer

For at sikre sikker nanoteknologi, samfundet opfordrer til en vurdering af risiciene ved ENP for mennesker og miljø. En risikovurdering for ENP'er kræver en vurdering af ENP-eksponering, og af virkningerne forårsaget af ENP'er, som så kan sammenlignes i en risikokarakterisering. Mens tidligere modeller på screeningsniveau stadig kan være førstevalg for lavere niveauer i risikovurderingen, NanoDUFLOW menes at være nyttig til højere niveauer af risikovurderingen, hvor stedspecifikke risici skal håndteres. Simuleringer med NanoDUFLOW viste forekomsten af ​​klare ENP-forurening 'hot spots' i vandsøjlen og i sedimenter. Desuden, NanoDUFLOW var i stand til at simulere artsdannelsen af ​​ENP'er over forskellige størrelsesfraktioner. Denne art definerer de økotoksikologisk relevante fraktioner af ENP'er, for en række artstræk. Også i denne henseende vil NanoDUFLOW bidrage til at forfine risikovurderingen for ENP'er.