9. Nano-Technologie

Die Nanotechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Die geringe Größe der Nanopartikel verleiht ihnen besondere Eigenschaften, die viele Produkte revolutionieren könnten. Deshalb werden Nanopartikel bereits heute in vielen Bereichen eingesetzt – ob in Lebensmitteln, Verpackungen, Textilien, Düngemitteln, Autozubehör oder Kosmetika.

Doch eine neuartige Technologie wirft neue Fragen auf: Welche Auswirkungen haben Nanopartikel auf die Umwelt und unsere Gesundheit? Können wir die Nanotechnologie in allen Bereichen ethisch vertreten? Was sagt die Politik und welche Gesetze regeln die Nanotechnologie? Wie werden wir als Verbraucher informiert und geschützt?

Was bedeutet Nano?

Der Begriff "nano" kommt aus dem Griechischen und bedeutet Zwerg. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel eines Meters. Ein DNS-Strang ist 2,5 Nanometer, ein Proteinmolekül 5 Nanometer, ein rotes Blutkörperchen 7.000 Nanometer und ein menschliches Haar 80.000 Nanometer breit. Zum Vergleich: Ein Nanopartikel verhält sich in der Größe zu einem Fußball wie der Fußball zur Erde.

Durch die stark verkleinerte Partikelgröße kommt es bei Stoffen in Nanoform zu grundlegenden Änderungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften. Im Vergleich zu größeren Partikeln gleicher chemischer Zusammensetzung weisen Nanoteilchen eine höhere chemische Reaktivität, eine größere biologische Aktivität und ein stärkeres katalytisches Verhalten auf. Ursache dafür ist die bei gleichbleibendem Gesamtvolumen stark vergrößerte Oberfläche von Nano-Stoffen.


Größere Oberfläche bei kleinerer Partikelgröße und konstantem Gesamtvolumen.

Risiken häufig eingesetzter Nanomaterialien

Die gleichen veränderten Eigenschaften, die Stoffe in Nanogröße so interessant für Forschung und Entwicklung machen, könnten auch neue Gefahren für Gesundheit und Umwelt mit sich bringen. Bisher hinkt die Erforschung der Risiken und Nebenwirkungen der Vermarktung von Nano-Produkten jedoch noch stark hinterher.

Siliziumdioxid in Nanogröße wird im Lebensmittelbereich etwa als Rieselhilfe in Salz oder Kaffeeweißer verwendet. Auch in Lebensmittelverpackungen, wo es den Gasaustausch zwischen Ware und Außenluft verhindern soll, kommt es zum Einsatz. Siliziumdioxid-Nanopartikel könnten daher über die Nahrung in den Magen-Darm-Trakt und von dort in den Blutkreislauf gelangen.

Während Siliziumdioxid in größerer Form biologisch nicht aktiv ist, zeigen neuere Studien ein Gefährdungspotenzial durch Siliziumdioxid in Nanogröße. So wurde in Zellkulturen gezeigt, dass Siliziumdioxid-Nanopartikel Funktionen des Zellkerns und damit des Erbgutes stören können.

Titandioxid- und Zinkoxidpartikel von einigen Hundert Nanometern sind als Lebensmittelzusatz etwa zum Bleichen oder Haltbarmachen verbreitet. Kleinere Nanopartikel werden als antimikrobieller Zusatz in Lebensmittelverpackungen und Aufbewahrungsgefäßen verwendet. In Kosmetika kommen Nano-Titandioxid und Nano-Zinkoxid als UV-Schutz zum Einsatz. Nano-Titandioxid ist neben Nano-Silber derzeit eines der am häufigsten eingesetzten Nanomaterialien.

Im Tierversuch löste Nano-Titandioxid nach Aufnahme hoher Dosen über die Atemwege Lungenkrebs aus. Die Internationale Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation stuft Nano-Titandioxid deshalb auch als möglicherweise krebserregend für den Menschen ein.

Nanosilber wird bereits in vielen verschiedenen Bereichen als keimtötende (biozide) Substanz verwendet – mit stark steigender Tendenz. Vor allem in Lebensmittelverpackungen und Küchenutensilien, in Sportbekleidung, Waschmaschinen, Wandanstrichen und Kosmetika kommt es zum Einsatz. Auch im medizinischen Bereich wird Nano-Silber genutzt und findet sich zum Beispiel in Wundauflagen und -pflastern.

Wie viele Produkte mit Nano-Silber bereits auf dem Markt sind, lässt sich wegen fehlender Kennzeichnungs- und Registrierungspflichten nicht genau ermitteln. Allerdings wird davon ausgegangen, dass der Stoff neben Nano-Titandioxid derzeit eines der am häufigsten eingesetzten Nanomaterialien ist.

Die biozide Wirkung von Silber in Makroform ist hinreichend bekannt. Studien zeigen, dass Nano-Silber diese Wirkung in gesteigertem Maß besitzt. Bei Ratten führte die Aufnahme von Nano-Silber über die Atemluft zu organschädigenden Entzündungsprozessen der Lunge.

Fußballförmige Kohlenstoffmoleküle – Fullerene oder auch Bucky Balls genannt – sind genau wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Eigenheit der "Nano-Welt". Sie sind nicht einfach eine verkleinerte Form größerer Kohlenstoffmoleküle, sondern existieren nur in Nanogröße. Neben Diamant und Graphit bilden Fullerene eine weitere Modifikation von Kohlenstoff.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, die für die Hautalterung verantwortlich gemachten freien Radikale zu binden, werden sie beispielsweise Antifaltencremes zugesetzt. Da sie zudem Wirkstoffe zielgenau transportieren können, sind sie auch für medizinische Anwendungen interessant.

Die Risiken von Fullerenen sind bisher nur unzureichend erforscht. Es gibt allerdings einige Studien, die zu beunruhigenden Ergebnissen kommen: Sie werden sehr leicht vom Körper aufgenommen und können auch gesunde Haut passieren.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen (engl. Carbon-Nanotubes, kurz: CNT) sind röhrenförmige Gebilde aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. CNT haben in der Regel einen Durchmesser von einem bis zu 50 Nanometern. Sie sind extrem stabil, gleichzeitig sind sie leicht und leiten Strom und Wärme sehr gut. Nanoröhrchen können verschiedene Strukturen besitzen, etwa ein- oder mehrwandig und offen oder geschlossen sein.

CNT werden bereits in zahlreichen Produkten verwendet. So machen sie Elektroden von Laptop-Akkus leistungsfähiger und Tennisschläger bei gleichem Gewicht bruchfester. Auch in der Auto- und Bauindustrie werden sie eingesetzt.

Die Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit wurden bisher noch nicht hinreichend erforscht. Bestimmte Nanoröhrchen stehen im Verdacht, ähnlich wie Asbest im Körper Entzündungen auszulösen, die zu Tumoren führen können.

Nanokapseln
Der Begriff "Nano-Verkapselung" umschreibt das Verpacken von Wirkstoffen, z.B. Vitamine, Konservierungsstoffe und Enzyme, in einer nanogroßen Kapsel wie einer Mizelle.

Nanokapseln finden in Lebensmitteln, Kosmetika, Medikamenten und Agro-Chemikalien Verwendung. Durch die Verkapselung sollen Wirkstoffe gezielter eingesetzt werden können. Die Kapseln können so beschaffen sein, dass sie sich im Körper erst unter bestimmten Bedingungen öffnen.

Bisher ist unklar, wie sich die immer breitere Verwendung von Nanokapseln auf die menschliche Gesundheit auswirken wird. Es besteht zumindest die Gefahr einer Überdosierung von Substanzen, die in geringer Dosis als gesundheitsförderlich oder zumindest harmlos gelten.