Ultrafeine Aerosole und Nanopartikel am Arbeitsplatz

Die Nanotechnologie wird zusammen mit der Bio- und Informationstechnologie als eine der treibenden Kräfte hinter einer neuen industriellen Revolution verstanden, die die Lebensbereiche aller Menschen durchdringen wird. Nach Schätzungen werden im Jahr 2015 weltweit nanoskalige oder mithilfe von Nanotechnologie hergestellte Produkte im Wert von 1 Billion US$ gehandelt werden. Die dabei zum Einsatz kommenden Nanomaterialien und Nanopartikel weisen gegenüber größeren Partikeln des gleichen Materials neue Eigenschaften auf und ermöglichen so entweder deutlich leistungsfähigere Produkte oder Produkte mit völlig neuen Eigenschaften.

Was sind Nanopartikel?

Als Nanopartikel bezeichnet man umgangssprachlich Objekte, die in zwei oder drei Dimensionen eine Größe von 1 bis 100 nm aufweisen und gezielt wegen ihrer besonderen Stoffeigenschaften hergestellt werden.

Was sind ultrafeine Stäube?

Ultrafeine Stäube weisen ebenfalls Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 nm auf. Sie entstehen jedoch unabsichtlich, beispielsweise bei thermischen Prozessen (Motorabgase, Schweißprozesse, Hausfeuerung, Kerzenlicht) oder bei der mechanischen Bearbeitung von Werkstoffen. Auch im natürlichen Umweltaerosol liegen Teilchen im Bereich von 1 bis 100 nm vor. Die genaue Definition von Nanopartikeln und ultrafeinen Partikeln findet sich in der Vornorm ISO/TS 27687 „Nanopartikel - Terminologie und Definitionen“.

Agglomerate und Aggregate

Beide, Nanopartikel wie ultrafeine Partikel, können als Agglomerate oder Aggregate auftreten. Hier sind viele kleinere Partikel mehr oder weniger stark zu größeren Strukturen miteinander verbunden. Die Frage, ob und unter welchen Umständen Nanopartikel aus Agglomeraten oder Aggregaten im Körper wieder freigesetzt werden können, ist Gegenstand intensiver Forschung.

Die Oberfläche macht die Wirkung

Die neuen, erwünschten Eigenschaften nanoskaliger Materialien werfen die Frage auf, ob die bisherigen Methoden zur toxikologischen Testung von Stoffen auch für nanoskalige Partikel angemessen sind. Zu erwarten ist, dass Nanopartikel Barrieren im Körper durchdringen und in Organe gelangen können, die größeren Partikeln unzugänglich sind.

Ein Teil der erwünschten wie der unerwünschten Wirkung von Nanopartikeln basiert - unabhängig von ihrer chemischen Natur - auf ihrer gegenüber gröberen Partikeln der gleichen Zusammensetzung um Größenordnungen größeren Oberfläche und Teilchenzahl. Teilt man in einem Gedankenexperiment einen Würfel der Kantenlänge 1 cm und einer Oberfläche von 6 cm² in Würfel der Kantenlänge 1 nm auf, so erhält man 10²¹ Würfel mit einer Oberfläche von insgesamt 6 000 m². Masse und Volumen der Würfel haben sich insgesamt jedoch nicht geändert.