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Nanotechnologie: Gefährliche Zwerge?

Die Nanotechnologie erobert die Warenregale: Sonnenschutzcremes, Wandfarben oder Sportgeräte enthalten Teilchen, die nur unter dem Elektronenmikroskop sichtbar sind und die mit ihren besonderen Eigenschaften die Qualität der Produkte verbessern sollen. Doch manche Partikel könnten dem menschlichen Körper gefährlich werden, wie Studien beweisen. Mehr Risikoforschung und mehr Risikokommunikation ist dringend gefragt.
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"Ich würde gerne eine bestimmte Wandfarbe verwenden", erzählte neulich jemand. "Als ich erfuhr, dass da Nanos drin sind, wurde ich misstrauisch." Tatsächlich verunsichern die winzigen Nanoteilchen in Produkten viele Verbraucher. So haben in den USA 20 Prozent der Menschen Angst vor gesundheitlichen Risiken der Nanotechnologie, wie eine Studie von Foschern um den Kommunikationswissenschaftler Dietram Scheufele von der University of Wisconsin-Madison Ende 2007 zeigte [1].

Die Sorgen sind berechtigt, denn der Segen der Nanotechnologie birgt möglicherweise ihren Fluch. So beklagen Risikoforscher allerhand Wissenslücken über mögliche Gesundheitsgefahren durch Nanoteilchen, die mit jeden neuentwickelten Nanomaterial wachsen. Und das, was die Forscher wissen, gelangt nur schleppend in das Bewusstsein der Menschen.

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Kohlenstoff-Nanoröhrchen | Bei der Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen entstehen schädliche Substanzen, von denen manche als krebserregend gelten. Forscher fordern deshalb, schonendere Produktionsverfahren zu entwickeln
Nanoteilchen messen weniger als 100 Nanometer (Millionstel Millimeter) in mindestens einer der drei Dimensionen Länge, Höhe oder Breite. Das verschafft ihnen zum Teil ganz neue Eigenschaften im Vergleich zu den größeren Geschwistern. Zum Beispiel leiten 50 Nanometer dünne Drähte aus Silizium Wärme 100 Mal schlechter als ein Siliziumblock, weil wärmetransportierende Schallwellen immer wieder an die Wände des engen Kanals stoßen und dadurch gebremst werden.

Klein, aber oho in der Wirkung

Hersteller nutzen solche Effekte längst für Produkte. Zum Beispiel Sonnenschutzcremes: Manche der Pasten filtern UV-Strahlung mithilfe von Nanoteilchen aus Titandioxid oder Zinkoxid. Größere Titanoxid- oder Zinkoxid-Partikel hingegen lassen die krebserzeugenden Strahlen passieren.

Die Sonnenschutzcremes sind sicher, weil die Nanoteilchen die Haut nicht durchdringen können, wie Studien zeigten [2]. Doch der Befund entlastet längst nicht das gesamte Zwergenreich. Denn falls Nanopartikel in die Luft gelangen, können sie über die Atmung in die Körperzellen eindringen und sich dort anreichern. Einmal dort, könnten sie einiges anrichten, denn so unterschiedlich wie ihre Eigenschaften sind womöglich auch die gesundheitlichen Wirkungen der Nanomaterialien.

Dass Nanopartikel das Potenzial haben, krank zu machen, zeigen verschiedene Studien. Eine der jüngsten Erkenntnisse: Kohlenstoff-Nanoröhrchen wirken ähnlich auf Versuchstiere wie Asbest [3]. Britische Wissenschaftler hatten Nanoröhrchen unterschiedlicher Länge in die Bauchhöhle von Mäusen injiziert, genauer gesagt in das so genannte Mesothel – jenes Gewebe, das die Bauchhöhle auskleidet und somit innere Organe einhüllt. Das Mesothel ummantelt auch beim Menschen Organe, insbesondere die Lunge. Asbestfasern lösen im Mesothel entzündliche Reaktionen und bei dauerhafter Einwirkung Krebs aus.

Neue Produkte, neue Risiken

Die Untersuchung der britischen Forscher führte vor, wie sehr die gesundheitliche Wirkung von der Größe abhängen kann: Nur Nanoröhrchen, die ebenso lang waren wie Asbestfasern, lösten entzündliche Reaktionen aus, nicht aber wesentlich kürzere. Weil die Forscher die Kohlenstoff-Nanoröhrchen direkt injizierten, sagt das Experiment allerdings nichts darüber aus, ob eine ausreichende Anzahl von Röhrchen durch Einatmen und über den Umweg durch die Lunge zu den empfindlichen Zellen gelangen können, um dort Krebs auszulösen.

Fasern aus Nanoröhrchen unter DruckLaden...
Nanoröhrchenfasern unter Druck | Wie Asbest bestehen Kohlenstoff-Nanoröhren aus mikroskopisch kleinen Fasern. Untersuchungen an Mäusen lassen vermuten, dass sie ähnlich gesundheitsschädlich sein könnten.
"Deshalb ist es nötig ist, weiter zu forschen", schreiben die britischen Wissenschaftler: "Es ist vor der Markteinführung von Produkten, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten, große Vorsicht geboten." Insbesondere beweise die Studie nicht, dass kurze Nanoröhrchen ungefährlich seien.

Dessen ungeachtet werden Kohlenstoff-Nanoröhrchen längst für unterschiedliche Produkte eingesetzt. Die Autoindustrie streut Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kunststoffe, um das Plastik leitfähig zu machen. Kunststoff-Bauteile wie zum Beispiel Kotflügel laden sich dann beim Lackieren nicht elektrisch auf und ziehen keine Staubteilchen an, die sich sonst unter dem Lack festsetzen würden. Weil die Röhrchen nicht nur Strom leiten, sondern auch besonders leicht und gleichzeitig robust wie Stahl sind, werden sie in Sportgeräte wie Tennisschläger eingebracht, um diese zu verstärken.

Geheimsache Nano-Inhaltsstoffe

Statt auf Sicherheitsforschung setzen Produzenten allerdings eher auf Intransparenz: "Viele Hersteller verraten nicht, wie und an welchen Stellen der Produkte sie die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einbauen und welche Mengen sie verwenden", erklärt Uwe Vohrer vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Stuttgart. Andere Hersteller hielten sich wegen ungeklärter Fragen zur Giftigkeit der Kohlenstoffröhrchen mit deren Einsatz zurück.

Doch das soll nicht so bleiben: "Um möglichst schnell zu einer Risikoeinschätzung zu kommen, beteiligten sich Firmen an der Sicherheitsforschung", sagt Vohrer. Er selbst glaubt nicht, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen gefährlich sind. "Das Toxizitätspotential ist auf Basis der bisherigen Ergebnisse gering", meint der Forscher. Aber alle Untersuchungen beleuchteten nur Teilaspekte, räumt er ein: "Außerdem gibt es noch keine Langzeitstudien."

Wissenslücken klaffen indes nicht nur bei Kohlenstoff-Nanoröhrchen, sondern auch bei anderen Nanomaterialien – und sie weiten sich mit jeder Neuentwicklung aus. "Die vielen neuen Materialien, die in den verschiedenen Teilbereichen der Nanotechnologie entwickelt werden, müssen von Fall zu Fall neu untersucht werden, da sie sehr unterschiedlich sind", erklärt Harald Krug von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in St. Gallen.

Allein die Größe macht's eben nicht

Erschwert wird die Risikoforschung dadurch, dass die Wirkung der Nanoteilchen nicht allein von ihrer Größe abhängt, sondern auch von ihrer chemischen Natur, den Begleitstoffen und ihrer Menge. "Daher finden sich in der Fachliteratur sehr widersprüchliche Aussagen", erzählt Volkmar Richter vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden.

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Nanodraht | Kohlenstoff-Nanoröhrchen werden außerordentliche physikalische Eigenschaften zugesprochen. Der Erforschung dieser Strukturen wird daher viel Aufmerksamkeit – und finanzielle Unterstützung – geschenkt.
"Auch eigentlich ungiftige, wasserunlösliche Stoffe können als Nanoteilchen zu einem Gesundheitsrisiko werden, wenn die Zelle versucht, den Stoff abzubauen und ihr das nicht gelingt", erklärt der Wissenschaftler. Bis zu einer endgültigen Bewertung seien noch viele Untersuchungen nötig, meint daher auch Richter.

Stiefkind Risikoforschung

Es gibt also viel zu tun für Nanotechnologie-Sicherheitsforscher. Doch ihre Unterstützung durch den Staat lässt zu wünschen übrig: Mit 9,4 Millionen Euro hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im letzten Jahr "Begleitforschung" und "Begleitmaßnahmen" (Kommunikation, Information, Aus- und Weiterbildung) zur Nanotechnologie gefördert, das sind 6,3 Prozent der Fördersumme, die das Ministerium in die Nanotechnologie investierte (146 Millionen Euro). "Das ist ein verhältnismäßig großer Anteil", findet Krug.

Er dämpft die Begeisterung aber gleich wieder: "Andererseits ist in den meisten europäischen Ländern, insbesondere auch in Deutschland, die Unterstützung für eine umweltbezogene und gesundheitsbezogene Toxikologie eingefroren oder durch Umwidmung von Lehrstühlen in einigen Universitäten und Forschungseinrichtungen beendet worden", sagt Krug. Es bleibt zu hoffen, dass angesichts der Vernachlässigung der Risikoforschung aus den Wissenslücken kein Wissensabgrund wird.

Dieser scheint zwischen Nanotechnik-Experten und der Öffentlichkeit schon zu bestehen, denn die beiden Seiten reden offenbar kaum miteinander. Bei seiner Umfrage stellte Scheufele fest, dass sich Nanotechnologie-Forscher wesentlich stärker um die gesundheitlichen Risiken der Nanotechnologie sorgen als Laien. Etwa ein Drittel der Wissenschaftler gab an, dass sie neue Gesundheitsprobleme durch die Nanotechnologie erwarten – gegenüber den gut 20 Prozent bei den Laien.

Mangelhafte Informationen

Das sei ein neues Phänomen, schreibt Scheufele. Bislang hätten Öffentlichkeit und Journalisten aufkommende Techniken, etwa die Kernenergie oder die Biotechnologie, stets als bedrohlicher empfunden als die damit befassten Experten. "Die Lücke zwischen der Risikowahrnehmung von Experten und der Öffentlichkeit deutet auf ernste Defizite in der Kommunikation hin", meint der Kommunikationswissenschaftler.

Dass solche Defizite bestehen, zeigt beispielsweise ein Blick auf die Website des BMBF-Projektes "Nanocare". Dieses soll laut neue wissenschaftliche Erkenntnisse über Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen von Nanopartikeln zu Tage bringen und einer breiten Öffentlichkeit vermitteln. In der Rubrik "Wissensbasis Materialien" gibt es einen einzigen Eintrag mit dem Namen "Titandioxid". Darin finden sich ein paar Zeilen, die die Verbindung und ihre Anwendungen beschreiben. Studien über die gesundheitliche Wirkung des Stoffes, obwohl es sie gibt, werden nicht einmal erwähnt. Information sieht anders aus.

Etwas ausführlicher präsentiert sich die Website des International Council on Nanotechnology (ICON), einer internationalen Organisation, die ihre Mission darin sieht, "Informationen über potenzielle Umwelt- und Gesundheitsrisiken der Nanotechnologie zu entwickeln und zu kommunizieren". Auf der Seite gibt es ein "virtuelles Journal", in dem wissenschaftliche Publikationen zur Risikoforschung gesammelt werden.

Für Laien interessant sind die so genannten "Backgrounder" innerhalb des Journals, die verständliche Hintergrundinformation und Einschätzungen von Experten über die Forschungsergebnisse liefern. Bislang gibt es auf der Seite allerdings nur drei davon – unter anderem über die genannte Studie, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Asbest vergleicht. Die Aufklärung der Öffentlichkeit über mögliche Risiken der Nanotechnologie hat offenbar erst begonnen.
03.06.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 03.06.2008

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