Registrering af små nano -mængder i miljøprøver

Det er stadig uklart, hvilken indvirkning det har på mennesker, dyr og planter af syntetiske nanomaterialer frigivet til miljøet eller brugt i produkter. Det er meget svært at opdage disse nanomaterialer i miljøet, da koncentrationerne er så lave og partiklerne så små. Nu har partnerne i NanoUmwelt -projektet udviklet en metode, der er i stand til at identificere lige små mængder nanomaterialer i miljøprøver.

Små dværge holder vores madrasser rene, reparere skader på vores tænder, stoppe æg, der klistrer til vores pander, og forlænge holdbarheden af ​​vores mad. Vi taler om nanomaterialer - "nano" kommer fra det græske ord for "dværg". Disse partikler er blot et par milliarddeler af en meter små, og de bruges i en lang række forbrugerprodukter. Imidlertid, Indtil nu har disse materialers indvirkning på miljøet stort set været ukendt, og information mangler om de koncentrationer og former, som de er til stede der. "Det er rigtigt, at mange laboratorieundersøgelser har undersøgt nanomaterialers effekt på mennesker og dyreceller. Til dato har selvom, det har ikke været muligt at påvise meget små mængder i miljøprøver, "siger Dr. Yvonne Kohl fra Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering IBMT i Sulzbach.

En milliontedel af et milligram per liter

Det er netop formålet med NanoUmwelt -projektet. Det tværfaglige projektteam består af økologiske og menneskelige toksikologer, fysikere, kemikere og biologer, og de har lige formået at tage deres første store skridt fremad for at nå deres mål:de har udviklet en metode til test af en række miljøprøver som flodvand, dyrevæv, eller menneskelig urin og blod, der kan detektere nanomaterialer i et koncentrationsniveau på nanogram pr. liter (ppb - dele pr. milliard). Det svarer til en halv sukkerterning i vandmængden i 1000 konkurrencesvømmehaller. Ved hjælp af den nye metode, det er nu muligt at påvise ikke kun store mængder nanomaterialer i klare væsker, som tidligere var tilfældet, men også meget få partikler i komplekse stofblandinger såsom humant blod eller jordprøver. Fremgangsmåden er baseret på feltstrømsfraktionering (FFF), som kan bruges til at adskille komplekse heterogene blandinger af væsker og partikler i deres bestanddele - samtidig med at de vigtigste komponenter sorteres efter størrelse. Dette opnås ved kombinationen af ​​en kontrolleret væskestrøm og et fysisk separationsfelt, som virker vinkelret på den flydende suspension.

For at registreringsprocessen skal fungere, miljøprøver skal behandles korrekt. Teamet fra Fraunhofer IBMT's afdeling for bioprocessering og bioanalytik forberedte flodvand, menneskelig urin, og fiskevæv, der skal passe i FFF -enheden. "Vi forbereder prøverne med specielle enzymer. I denne proces, vi skal sørge for, at nanomaterialerne ikke ødelægges eller ændres. Dette giver os mulighed for at opdage de reelle mængder og former for nanomaterialerne i miljøet, "forklarer Kohl. Forskerne har særlig ekspertise, når det kommer til at levere, behandling og opbevaring af humane vævsprøver. Fraunhofer IBMT har drevet "German Environmental Specimen Bank (ESB) - Human Samples" siden januar 2012 på vegne af Tysklands miljøagentur (UBA). Hvert år indsamler forskningsinstituttet blod- og urinprøver fra 120 frivillige i fire byer i Tyskland. Individuelle prøver er et værdifuldt værktøj til kortlægning af tendenser over tid for menneskelig eksponering for forurenende stoffer. "Ud over, blod og urinprøver er blevet doneret til NanoUmwelt -projektet og sat i krystallagring hos Fraunhofer IBMT. Vi brugte disse prøver til at udvikle vores nye detektionsmetode, "siger Dr. Dominik Lermen, leder af arbejdsgruppen for Biomonitoring &Cryobanks hos Fraunhofer IBMT. Efter godkendelse fra UBA, nogle af de menneskelige prøver i ESB -arkivet kan også undersøges ved hjælp af den nye metode.

Udvikling af nye cellekulturmodeller

Nanomaterialer ender i miljøet via forskellige veje, blandt andet kloaksystemet. Mennesker og dyr absorberer dem formodentlig gennem biologiske barrierer som lunge eller tarm. Projektteamet simulerer disse processer i petriskåle for at forstå, hvordan nanomaterialer transporteres hen over disse barrierer. "Det er en meget kompleks proces, der involverer et ekstremt bredt udvalg af celler og lag af væv, "forklarer Kohl. Forskerne replikerer processerne på en så realistisk måde som muligt. De gør dette ved, for eksempel, måling af de elektriske strømme inden for barriererne for at bestemme funktionaliteten af ​​disse barrierer-eller ved at simulere lunge-luft-interaktion ved hjælp af skyer af kunstig tåge. I den første fase af NanoUmwelt -projektet det lykkedes IBMT -teamet at udvikle flere cellekulturmodeller til transport af nanomaterialer på tværs af biologiske barrierer. IBMT arbejdede sammen med Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME, som brugte pluripotente stamceller til at udvikle en model til undersøgelse af kardiotoksicitet. Empa, den schweiziske partner i projektet, leveret en placentabarriere -model til undersøgelse af transport af nanomaterialer mellem mor og barn.

Næste, partnerne ønsker at bruge deres metode til at måle koncentrationerne af nanopartikler i en lang række miljøprøver. De vil derefter analysere de opnåede resultater for at være bedre i stand til at vurdere nanomaterialers adfærd i miljøet og deres potentielle fare for mennesker, dyr, og miljøet. "Vores næste mål er at opdage partikler i endnu mindre mængder, "siger Kohl. For at opnå dette, forskerne planlægger at bruge specielle filtre til at fjerne distraherende elementer fra miljøprøverne, og de glæder sig til at udvikle nye behandlingsteknikker.