Im Jahr 2001 wurde in der Steiermark NANONETStyria (www.nanonet.at) als Kooperations- und Kommunikationsplattform für Nanowissenschaften und Nanotechnologie gegründet. Mit dem Standort Steiermark im Zentrum der Aktivitäten werden seit der Gründung des Forschungsnetzwerkes über die regionalen und nationalen Grenzen hinweg Kontakte mit Unternehmen und Institutionen gepflegt. Dabei verfolgt NANONET-Styria folgende Ziele:

•    Stärkung des wissenschaftlichen Fortschritts,
•    Initiierung und Umsetzung von F&E-Projekten und
•    Durchführung von bewusstseinsbildenden Maßnahmen und Transferaktivitäten.

Seit nunmehr fast zehn Jahren vereint diese Gruppe aus VertreterInnen der Wirtschaft, Wissenschaft und der Öffentlichen Hand der Wille zur Nutzung der Möglichkeiten des Themenbereiches. Der Rückblick auf die Jahre der Zusammenarbeit – mit allen Phasen einer Netzwerk- bzw. Themenentwicklung - zeigt einige zahlreiche Erfolge. Es wurde eine Vielzahl von Vorhaben erfolgreich umgesetzt (seit der Gründung Durchführung von F&E-Projekten mit einer Summe größer als EUR 50 Mio.), es wurden neue Schwerpunkte entwickelt, neue F&E-Infrastruktur an den Standorten Leoben, Weiz und Graz in Betrieb genommen, wissenschaftliche Erfolge auf internationalem Niveau erzielt und vor allem wurden eine Vielzahl von erfolgreichen Kooperationen mit der Wirtschaft durchgeführt.

Mittlerweile hat sich auch das mediale Interesse am Thema „Nano“ wieder auf ein normales Maß eingependelt. Zwischenzeitlich waren die Erwartungshaltungen der Öffentlichkeit und der JournalistInnen an die Leistungsfähigkeit der WissenschafterInnen durchaus zu optimistisch. Realistisch betrachtet findet die Nanotechnologie (sprich die Herstellung von nanoskaligen Strukturen) bereits heute in vielen industriellen Herstellungsprozessen ihre tägliche Anwendung. Voraussetzung und Basis dieser Fortschritte sind nicht zuletzt Analytikmethoden, die es ermöglichen, Strukturgrößen dieser „Kleinheit“ der Untersuchung zuzuführen. Durch bahnbrechende Forschungsarbeiten wie die von IBM in der Schweiz (Rastentunnelmikroskopie) oder auch die Arbeiten des Forschungszentrums Jülich bzw. der Université Paris Sud (Riesenmagnetowiderstand), welche 1986 bzw. 2007 mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden, wurden neue Wege der Nanoanalytik und damit der wirtschaftlichen Umsetzung (Beispiel Anwendung in Festplatten und Sensoren) eröffnet.

Die F&E-Institutionen der Steiermark bieten eine Vielzahl von Analysemethoden und Kompetenzen auf internationalem Niveau an. Das vorliegende Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2010 stellt diese Methoden und Kompetenzen umfassend dar und ist die Überarbeitung des erstmals 2005 aufgelegten Handbuch der Nanoanalytik. Aufgrund des vor fünf Jahren durch Dr. Werner Rom entwickelten erfolgreichen Grundkonzeptes konnten viele Beiträge nahezu unverändert übernommen werden. Wo neue Schwerpunkte in der Zwischenzeit etabliert wurden wie z.B. der Bereich der Nanotoxikologie, wurden diese ergänzt.

An dieser Stelle sei allen KollegInnen des Netzwerkes für die geleistete Arbeit des Schreibens, Lesens und Überarbeitens sowie für die vielen Diskussionen ebenso gedankt, wie den VertreterInnen des Amts der Steiermärkischen Landesregierung und des Forschungsrates Steiermark für ihre Unterstützung und ihr Wohlwollen. Besonderer Dank gilt auch den KollegInnen von NAWI Graz und dem Masterstudium Advanced Materials Science der Technischen Universität Graz1.

Für die PartnerInnen von NANONET-Styria

Ferdinand Hofer, Brigitte Kriszt, Emil J. W. List
Martha Mühlburger, Sigi Psutka
Andreas Rudorfer, Franz Stelzer
Helmut Wiedenhofer

_{Jänner 2010}




^{Anmerkung: Dieses Handbuch erhebt keinen Anspruch darauf, eine taxative, d.h. erschöpfende, Aufzählung der in der Steiermark vorhandenen nanoanalytischen Methoden, geschweige denn der auf dem Gebiet der Nanoanalytik tätigen Institute, Institutionen und Firmen zu beinhalten. Im Wesentlichen sind diejenigen Institute, Institutionen und Firmen vertreten, die durch ihre Texte zu den diversen Methoden respektive Problemlösungen und Anwendungsbeispielen wesentlich zu diesem Handbuch beigetragen haben. Der weiterführende Auf- und Ausbau bis hin zur vollständigen Erfassung womöglich aller für den Themenbereich der Nanoanalytik relevanten Gruppierungen in der Steiermark ist angestrebtes Ziel, bleibt jedoch kommenden Auflagen dieses Handbuches vorbehalten.
Die Inhalte dieses Handbuches oder Teile davon dürfen ohne die Einwilligung der jeweiligen Autoren nicht kommerziell genutzt werden. Die nicht kommerzielle Nutzung ist nur unter entsprechender Quellenangabe gestattet, wobei der betreffende Inhalt nicht verändert werden darf.}

In einer zunehmenden Zahl von Industriesparten ist die Kontrolle der strukturellen und funktionellen Eigenschaften von neuen Materialien auf der Nanometer- Skala der Schlüssel für technologischen Fortschritt und für die Öffnung neuer Märkte. Waren es zuerst Bereiche wie elektronische Bauelemente, Chemie und Photonik, erweitert sich das Feld nanostrukturierter Materialien immer stärker in Bereiche wie Verbundmaterialien, pharmazeutische Produkte (Drug Carrier und  Pflegemittel) sowie Lebensmittel (Functional Food). Gemeinsames Merkmal aller dieser Anwendungen sind die besonderen Struktur-Funktionsbeziehungen solcher Nanomaterialien. Um diese verstehen zu können, sind vor allem Strukturuntersuchungsmethoden, aber auch Wechselwirkungsstudien zwischen kleinsten Teilchen von großer Bedeutung. Auf Grund der Kleinheit der Strukturen sind zum Teil aufwändige und komplexe Analyseverfahren erforderlich, die außerdem je nach Fragestellung sehr unterschiedliche Techniken zum Einsatz bringen müssen. Um sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der industriellen Anwendung auf internationalem Niveau mithalten zu können, ist ein umfangreiches Know-how auf dem Gebiet der Nanoanalytik unerlässlich. Es sei hier betont, dass der Begriff Nanoanalytik ein vielschichtiger ist: er umfasst u.a. die Analyse räumlicher und flächenhafter Strukturen im Nanometerbereich, die Erfassung der Wechselwirkung und Dynamik von Nanopartikeln, Elementanalysen mit Nanometerauflösung sowie die Verwendung nano-strukturierter Systeme für spezielle Analyseaufgaben.

Es gibt derzeit kaum ein Gebiet der Materialforschung, in dem Nanoanalytik nicht von zentraler Bedeutung wäre. Festkörper sind vermutlich das erste, was einem im Zusammenhang mit Materialien in den Sinn kommt. Bereits hier gibt es eine Vielzahl von Erscheinungsformen und Charakterisierungsverfahren. In kristallinen Proben gibt es sowohl im Inneren, der „Bulk-Phase“, als auch an der Oberfläche Nanostrukturen wie Versetzungen, Fehlstellen, Einschlüsse, Inselbildung etc. Vieles davon wird in zunehmendem Maße zur Veränderung bzw. Verbesserung der Materialeigenschaften gezielt eingesetzt. Diese erfordert die Kontrolle des Prozesses, sein Verstehen und die Charakterisierung des Endprodukts. Daraus ergibt sich eine Vielzahl benötigter Verfahren bzw. Methoden. Aber auch amorphe Festkörper und glasartige Materialien nehmen immer mehr an Bedeutung zu. Als Grundstoffe kommen dabei nicht nur anorganische Stoffe in Betracht, sondern in zunehmendem Maße auch Polymere, bio-organische Rohstoffe und Mischsysteme. Gele und komplexe fluide Systeme haben einen weiten Anwendungsbereich in der Keramikindustrie, der Erdölwirtschaft, in der pharmazeutischen Industrie und im Bereich funktioneller Lebensmittel. Aber auch im Gaszustand sind nanostrukturierte Systeme von Bedeutung: die Rußpartikel, die bei der Verbrennung entstehen – insbesondere im Kraftfahrzeug, wie z.B. Dieselruß –, sind Nanostrukturen und stellen durch ihre kleinen Dimensionen (Feinstaub !) auch ein besonderes Gesundheitsrisiko dar.

Eine besondere Herausforderung stellen hierarchisch strukturierte Systeme dar. Dies sind Systeme, die z.B. im Größenbereich bis zu 100 nm selbstassemblierte Strukturen aus kleinsten Einheiten bilden, und die dann durch entsprechende Manipulationen bzw. durch Hinzufügung größerer Aufbaustoffe in einem wesentlich größeren Maßstab stabilisiert werden. Typische  Beispiele sind dafür Verbundwerkstoffe, aber auch Zellulosefasern und spezielle Wirkstoff-Transportsysteme (Liposomen, Vesikel). Wesentlich für diesen Zweig der Forschung und Entwicklung ist hier ein Methodenverbund, der es gestattet, die Systeme auf den entsprechenden Längenskalen zu untersuchen. So ist es z.B. in fluiden Systemen notwendig, die Röntgen und Neutronenstreuung mit der Laserlichtstreuung zu kombinieren.

Eine weitere wichtige Unterscheidung betrifft auch die Frage, ob eine Substanz in ihrem ganzen Volumen („Bulk-Phase“) oder an einer dünnen Oberflächen- oder Grenzschicht charakterisiert werden muss. Beide Bereiche sind für sich wichtig, zusätzlich kommt aber auch noch der Aspekt ins Spiel, das dünne Grenzschichten oder Oberflächenschichten aus einer fluiden Bulkphase abgeschieden werden und die Qualität bzw. Eigenschaften dieser Schichten stark vom Lösungszustand in der Bulkphase abhängen. Als weiteres Beispiel sind Phasenübergänge und kritische Phänomene zu nennen, die oft bestimmt sind durch kurzreichweitige Wechselwirkungen zwischen den nanoskopischen Bausteinen. Diese verhalten sich im Volumen anders als in niedrig-dimensionalen Strukturen (z.B. Magnetismus an Oberflächen, in ultradünnen Filmen, in magnetischen Nanokompositen).

Die für die unterschiedlichen Aggregatzustände und Einsatzgebiete bestgeeigneten Analysemethoden sind klarerweise stark unterschiedlich. Dies ist auch mit ein Grund, warum sich diese (unterschiedlichen) Methoden an vielen verschiedenen Forschungseinheiten oft getrennt entwickelt haben.

Analytische Verfahren können grundsätzlich in zwei Klassen eingeteilt werden: zum einen solche mit integraler Information, d.h. es werden Volumina bzw. Oberflächenbereiche untersucht, die wesentlich größer sind als die interessierenden Grundstrukturen, z.B. Nanoteilchen in einer Bulkphase oder auf der Oberfläche. Vorteil ist die rasche Informationsgewinnung mit hoher statistischer Genauigkeit, z.B. über die Anordnung, Struktur oder Größe von Nanoteilchen gemittelt über ein großes Ensemble, man erhält aber keine Information über die Einzelteilchen. Man weiß z.B. Bescheid über die Verunreinigung einer relativ großen Halbleiteroberfläche, welche Fremdmoleküle in welcher Konzentration vorhanden sind, kann jedoch keine Angaben über deren Ort machen.

Im Gegensatz zu den integralen Methoden können Verfahren mit Ortsauflösung eine Auskunft über die räumliche Verteilung bzw. Orientierung, Struktur und Zusammensetzung geben, sie haben aber den Nachteil, dass meist nur relativ kleine Bereiche in akzeptabler Zeit untersucht werden können. Diese mikroskopischen Techniken ermöglichen dafür aber eine vollständige Charakterisierung mit Nanometerauflösung und oftmals sogar mit Zehntel Nanometerauflösung. Integrale und ortsaufgelöste Methoden ergänzen einander und ermöglichen gemeinsam eine gute Charakterisierung vieler komplexer Systeme. Während Rastersondentechniken die obersten Atomlagen eines Festkörpers erfassen können, gelingt es mit modernsten elektronenmikroskopischen Verfahren Information über die lokale Morphologie, Kristallstruktur, chemische Zusammensetzung, chemisches Bindungsverhalten und physikalische Eigenschaften zu erhalten. Diese Methoden befinden sich derzeit in intensiver Entwicklung und erlauben die Erfassung lokaler Phänomene wie z.B. von inneren Grenzflächen, Defekten, Sekundärphasen in Festkörpern und deren Wechselwirkung mit der Festkörpermatrix, dem atomistischen Aufbau von einzelnen Nanoteilchen. Diese ortsaufgelöste Information kann mit anderen nanoanalytischen Verfahren derzeit nicht in diesem breiten Umfang erbracht werden und in vielen Fällen werden die mikroskopischen Verfahren für die Kalibrierung der integralen nanoanalytischen Verfahren benötigt.

Nanoanalytische Verfahren können grundsätzlich in zwei Klassen eingeteilt werden: solche mit integraler Information, d.h. es werden Volumina bzw. Oberflächenbereiche untersucht, die wesentlich größer sind als die interessierenden Grundstrukturen, z.B. Nanoteilchen in einer Bulkphase oder auf der Oberfläche. Streumethoden sind typische Vertreter dieser integralen Methoden.

Die Streumethoden umfassen im Wesentlichen die Röntgen- und die Neutronenstreuung sowie die statische und die dynamische Lichtstreuung. Bei letzterer werden praktisch immer Laser als Lichtquellen verwendet. Es gibt aber auch – mit geringerer praktischer Bedeutung – dynamische Neutronen-, sowie seit kurzem auch dynamische Röntgenstreuung.

Statische Streumethoden (Röntgen, Neutronen und Licht) dienen ausschließlich zur Struktur- bzw. Größenbestimmung, dies umfasst Bestimmung von Partikelgröße, Form und innerer Struktur sowie die Bestimmung von Überstrukturen in konzentrierten Systemen (Partikelwechselwirkung).

Dynamische Streumethoden messen verschiedene Formen der Dynamik in den untersuchten Systemen, so z.B. Diffusionsbewegungen (Translation und Rotation), Schwingungen etc. Besonders die dynamische Lichtstreuung dient jedoch oft zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung über die gemessene Diffusion in fluiden bzw. gelösten Systemen.

Während mit beiden Formen der Lichtstreuung nur mehr oder weniger optisch klare Systeme untersucht werden können, können mit der Röntgen- bzw. Neutronenstreuung auch undurchsichtige Materialien wie Beton, Metalle oder Kunststoffe untersucht werden.

In modernen, nanostrukturierten Materialien hängt die durch Self-Assembly geformte Struktur sehr oft von der Konzentration im System ab, d.h. die Systeme müssen unverdünnt gemessen werden. Dies ist eine große Herausforderung für die Messmethodik. Gerade hier wurden aber in den letzten Jahren – unter wesentlicher Mithilfe steirischer Forschungsgruppen – neuartige und richtungsweisende Entwicklungen eingeleitet.

Otto Glatter
Karl-Franzens-Universität Graz,
Institut für Chemie

Mikroskopische Untersuchungsmethoden nehmen seit vielen Jahren einen festen Platz in Materialwissenschaften, Biologie und Medizin ein. Verstärkt durch den rasch fortschreitenden Trend zur Miniaturisierung von Werkstoffen, Bauelementen und Biomaterialien erfolgte eine stürmische Weiterentwicklung der abbildenden mikroskopischen Untersuchungsmethoden. Nicht zu Unrecht wird dabei an erster Stelle die immense Steigerung der Auflösung gesehen. Ausgehend von einstmals 100 Nanometern ist man jetzt bei Objekteinzelheiten von weniger als 0,1 Nanometer (1 Ångström) angelangt, die in mikroskopischen Bildern aufgelöst werden können. Damit ist man in den atomaren Bereich des Materieaufbaus vorgedrungen. Gleichzeitig wuchs aber auch die Schwierigkeit der Bilddeutung und -auswertung, die nur mittels sehr spezieller Kenntnisse der Wechselwirkung von Licht, Elektronen und Atomen mit der Probe sinnhaft durchgeführt werden kann.

Ortsauflösende Analysenmethoden sind dadurch gekennzeichnet, dass Atome, Elektronen oder elektromagnetische Strahlung in gebündelter Form auf die Probe gerichtet und die dabei entstehenden Sekundärsignale analysiert werden, oder dass ein Objekt durch „Abtasten“ mit einer extrem feinen Spitze abgebildet wird.

In der ersten Gruppe spielt die Elektronenmikroskopie eine zentrale Rolle, dies nicht nur aufgrund der Auflösung, die bis in atomare Dimensionen reichen kann, sondern auch weil die Bildinformation direkt mit der Kristallstruktur, physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung verknüpft werden kann. Rasterelektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie sind bereits etablierte Methoden der Mikro- und Nanoanalytik, die durch einige wesentliche Innovationen an die Grenzen der lateralen Auflösung und der Energieauflösung vorangetrieben werden.

Oberflächenphysikalische Charakterisierungsmethoden wie Sekundärionenmassenspektrometrie, Auger- und Photoelektronen-Spektroskopie sowie Elektronenbeugung liefern exzellente Tiefenauflösung und werden z.B. für das Studium der Wechselwirkung von organischen und anorganischen Molekülen mit metallischen Strukturen eingesetzt. Für oberflächenphysikalische Untersuchungen mit lateraler Auflösung wird die analytische Feldionenmikroskopie für die Nachweis von Einzelatomen in Werkstoffen verwendet, und mit Hilfe der Raster- Helium-Atom-Mikroskopie können organische Oberflächen charakterisiert werden. Die relativ neuen Verfahren Infrarot- und Raman-Mikroskopie werden in steigendem Umfang für die Charakterisierung von organischen Materialien, Polymeren und Biomaterialien mit einer lateralen Auflösung von einigen Mikrometern genutzt.

In den letzten Jahren erreichten vor allem die Rastersondenmethoden wie Rasterkraftmikroskopie und Rastertunnelmikroskopie eine weite Verbreitung. Dies ist einerseits auf neue Entwicklungen in der Instrumentierung, andererseits auf die exzellente laterale Auflösung zurückzuführen. Die Rastersondenmethoden erlauben es in sehr aussagekräftiger Weise die Bildinformation mit den lokalen physikalischen Eigenschaften (Leitfähigkeit, Magnetismus, Wärmeleitung etc.) von Materialoberflächen zu verknüpfen.

Charakterisierungsmethoden, die auf Synchrotronstrahlung basieren, stellen eine wichtige Brücke zwischen der integralen und der ortsaufgelösten Nanoanalytik dar, denn in letzter Zeit werden die bisher eher für integrale Analysen eingesetzten Synchrotronmethoden (z.B. Photoelektronenspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie, Röntgenmikroskopie) verstärkt in Richtung verbesserter Ortsauflösung weiterentwickelt.

In jedem Fall ermöglicht erst die geeignete Kombination integraler und ortsaufgelöster nanoanalytischer Methoden eine umfassende Charakterisierung von Werkstoffen, Bauelementen, biologischen und medizinischen Proben und damit die Entwicklung und Kontrolle der Eigenschaften von modernen Materialien.


Ferdinand Hofer
Technische Universität Graz,
Forschungsinstitut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung und
Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz

Der Begriff Nanotechnologien leitet sich vom griechischen Wort „nanos“ ab, das Zwerg bedeutet. Die Nanotechnologien beziehen sich daher auf einen Größenbereich und stellen somit keine klassische Wissenschaft sondern eher eine Querschnittsmaterie dar. Die Nanotechnologien beschäftigen sich mit Materialien, die zumindest in einer Dimension unter 100 Nanometer aufweisen. Dies ist eine Kleinheit, die schwer vorstellbar ist, hält man sich vor Augen, dass ein rotes Blutkörperchen ca. 2.500 nm (~ 2,5 μm) groß ist. Zur erleichterten Vorstellung sind diese Größenverhältnisse in Abbildung 1 plakativ dargestellt.




Warum sind die Nanotechnologien so interessant? Materialien im Nanobereich haben besondere Eigenschaften: zum Beispiel gelten unterhalb einer Größe von 50 nm die Gesetze der Quantenphysik, was dazu führt, dass sie andere optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften annehmen können. So kann z.B. ein und dieselbe chemische Substanz nur durch die Größenänderung verschiedene Farben annehmen. Diese neuen Materialeigenschaften eröffnen neue Anwendungen in vielfältigen Bereichen unseres Lebens, von ihrem Einsatz im Auto, in der Elektronik, der Lebensmittelindustrie bis hin zur Medizin. Dies ist der Grund, warum die Nanotechnologien als wichtige Zukunftstechnologie gilt.

Doch wie steht es mit der Sicherheit der Nanotechnologien? Wenn Materialien nur durch ihre Verkleinerung in den unteren Nanometerbereich ihre Materialeigenschaften ändern, ändern sich dann nicht vielleicht auch ihre toxischen Eigenschaften? Werden Materialien, die ungiftig sind durch die Überführung in den Nanometerbereich giftig? Diesen Fragen nimmt sich die Nanotoxikologie an. Die Nanotoxikologie befasst sich mit den Wirkungen von nanostrukturierten Materialien (NMn) auf Zellen und lebende Organismen.

Doch wie steht es mit dem Wissen innerhalb der Nanotoxikologie? Um diese Frage zu beantworten muss etwas weiter ausgeholt werden. Eine wichtige Charakteristik von NMn ist ihre extrem hohe Oberfläche. Die gleiche Masse an Material weist zum Beispiel eine vielfach höhere Oberfläche auf, als wenn dasselbe Material in cm-Dimension vorliegen würde. Diese extrem große Oberfläche kann Materialien chemisch reaktiv machen, die sonst nicht reaktiv und nicht toxisch sind. Doch ist es leider nicht die Oberflächengröße allein, die zu einer eventuellen Giftigkeit von NMn beiträgt. Vielmehr hat sich herausgestellt, dass die Toxizität von NMn von vielen Parametern beeinflusst wird, deren Gewichtung untereinander noch nicht bekannt ist. So sind z.B. neben der Größe auch die Form, die Oberflächenladung und -beschaffenheit für eine potentiell toxische Wirkung verantwortlich. Doch es wird noch komplizierter. NMn trachten danach zu aggregieren (zu „verklumpen“). Das bedeutet, dass NMn zum Beispiel im Blut nicht frei vorliegen, sondern an Proteine gebunden sind. Diese „Zusammenschlüsse“ weisen nun aber wieder ein anderes toxisches Verhalten auf, als das freie nanostrukturierte Material! Auch haften viele Stoffe gerne an der Oberfläche von NMn, da sie eine extrem große Oberfläche aufweisen! Hierdurch kann ein Teil der beobachteten Giftigkeit von manchen NMn auch von Verunreinigungen herrühren, die sich an der Oberfläche angelagert haben. In diesem Fall kommt die Giftigkeit nicht vom NMn per se, sondern von den Stoffen, die sich auf Ihren Oberflächen befinden!

Allein diese nicht erschöpfenden Ausführungen über die Toxizität von NMn machen deutlich, wie schwer deren Erfassung und Einschätzung ist. Dies ist auch der Grund, warum heutzutage noch nicht von den chemischen und physikalischen Parametern von NMn auf deren Toxizität geschlossen werden kann. Jedes nanostrukturierte Material muss einzeln auf seine potentielle Giftigkeit überprüft werden, da das Wissen um die komplexen Zusammenhänge zwischen physikalischen und chemischen Parametern und einer eventuellen Giftigkeit fehlt.




Müssen wir uns jetzt vor der Nanotechnologie fürchten? Hier ist eine differenzierte und interdisziplinäre Herangehensweise essentiell. Nanostrukturierte Materialien sind nichts Neues! Nanopartikel kommen seit jeher in der Umwelt vor und fast alle Nanopartikel, denen wir heute ausgesetzt sind, sind nicht willentlich vom Menschen produziert. Sie entstehen z.B. in Verbrennungsprozessen, seien es Brände, Vulkanausbrüche, Hausbrand oder aus Verbrennungsmotoren. Nanopartikel sind also im Alltag schon seit jeher existent.

Was entscheidet somit über deren mögliche Giftigkeit auf den Menschen bezogen? Neben den veränderten Materialeigenschaften von NMn ist auch der Eintritt bzw. die Eintrittswahrscheinlichkeit in den menschlichen Körper entscheidend. NMn, die nicht in den menschlichen Körper eintreten, haben ein vernachlässigbares direktes Gesundheitsrisiko. In diesem Fall darf aber keinesfalls die Betrachtung des Umweltrisikos vernachlässigt werden!

Die Aufnahme von Nanopartikel in den menschlichen oder tierischen Körper erfolgt vor allem über folgende vier Wege (siehe Abbildung 2): zum einen inhalativ über die Atemwege, zum anderen dermal über die Haut, oral über den Magen-Darm Trakt und für den medizinischen Bereich parenteral¹. Hierbei besteht heutzutage weitgehende Einigkeit, dass der Eintritt von NMn über die Lunge das größte Risikopotential aufweist, gefolgt von der oralen Aufnahme. Intakte Haut scheint eine sehr gute Barriere gegen den Eintritt von NMn in den menschlichen Körper darzustellen.





Um die Standardisierung und den Einsatz dieser Analysemethoden voranzutreiben, wurde von der BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbH, die ihren Sitz in Graz hat, das European Center for Nanotoxicology (EURO-NanoTox; www.euro-nanotox.at) gegründet. Derzeit arbeiten folgende BioNanoNet- Mitglieder aktiv im EURO-NanoTox mit:

•    Institut für Medizinische Systemtechnik und Gesundheitsmanagement – JOANNEUM
      RESEARCH Graz
•    Abteilung für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie – Universität Wien
•    Seibersdorf Labor GmbH - Abteilung Toxikologie
•    Institut für Pharmazeutische Wissenschaften – pharmazeutische Technologie –
      Karl-Franzens- Universität Graz
•    BioMed-zet Life Science GmbH
•    Zentrum für Medizinische Grundlagenforschung – Medizinische Universität Graz
•    Mondi Uncoated Fine Paper, Forschung & Entwicklung
•    Abteilung für Molekulare Biologie, Universität Salzburg

EURO-NanoTox ist eine nationale Anlaufstelle mit internationaler Sichtbarkeit zum Thema Nanotoxikologie, welches sich zum Ziel gesetzt hat, die Entwicklung, Implementierung und Durchführung von standardisierten in-vitro und in-vivo Verfahren voranzutreiben.


Ziele des EUROPEAN CENTER FOR NANOTOXICOLOGY
EURO-NanoTox stellt als österreichische Netzwerkplattform ein offenes virtuelles Zentrum für Industrie und Wissenschaft dar, das in fünf Kernbereiche unterteilt ist:

a) Ausarbeitung, Etablierung und Durchführung von standardisierten toxikologischen Untersuchungsmethoden (in-vitro als auch in-vivo) von nanostrukturierten Materialien

b) Mitarbeit bei der Etablierung internationaler Standards

c) Informationsstelle zum Themenbereich Nanotoxikologie mit besonderem Augenmerk auf die
    Humantoxikologie von nanostrukturierten Materialien

d) Aufbau und Pflege von internationalen Kontakten zu den Themen a) und b)

e) Organisation von Vergleichsstudien

Das EURO-NanoTox verfolgt einen hierarchischen Ansatz in der Bestimmung des toxikologischen Potentials von NMn, welcher in Abbildung 3 dargestellt ist. Des weiteren wird an der Zusammenführung und Erweiterung der in Österreich vorhandenen Methoden gearbeitet, die eine Bestimmung der Nanotoxizität zulassen. Dieser Methodenkatalog ist in seiner aktuellen Ausgabe auf der Homepage des European Center for Nanotoxicology herunterladbar (http://www.euro-nanotox.at/images/stories/folder_euronanotox_webversion.pdf).

Auf internationaler Ebene ist das EURO-NanoTox seit 2008 in der „OECD-Working Party on Manufactured Nanomaterials” vertreten, auf nationaler Ebene ist das Center unter anderem Partner von den Projekten Risiko-Dialog und Nano-Trust.


Frank Sinner
JOANNEUM RESEARCH und BioNanoNet Forschungsgesellschaft mbH



¹Roblegg Eva, Sinner Frank, Zimmer Andreas, Health Risks of Nanotechnology, Euro-NanoTox-Letters, 2009, Issue 2009, p. 1-18.
http://www.EURO-NanoTox-Letters.com