Die Erkennung gesundheitlicher Risiken durch gentoxische Stoffe, die als Lebensmittelinhaltstoffe oder als Umweltkontaminanten Bedeutung haben, ist die Voraussetzung für Risikobewertung und Prävention. Bei Umweltkontaminanten gilt unser Interesse polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer sogenannten Fjordregion, die besonders potente Kanzerogene darstellen. Außerdem interessieren uns Fullerene, die im Ruß vorkommen und deren biologische Wirkung bisher nur wenig untersucht ist. Das aus beruflicher Belastung durch bestimmte Nitrosamine potentiell gesundheitliche Risiko wird im Modellversuch untersucht. Schließlich beschäftigen wir uns mit der Toxikologie bestimmter a,b-ungesättigter Alkenale, die als Lebensmittelinhalts- und -Zusatzstoffe in z.T. beachtlichen Konzentrationen (bis 30 mg/kg) in Lebensmitteln vorkommen. Metabolische Veränderungen, die fremde Stoffe im Körper erfahren, beeinflussen ganz wesentlich deren Wirkung. Zur Aufklärung einzelner aktivierender oder entgiftender Stoffwechselwege werden transgene Säugerzellen eingesetzt, die bestimmte Enzyme (CYP) stabil exprimieren. Zusätzlich wird der Leberstoffwechsel mit Hepatozyten und Zellfraktionen (Mitochondrien, Mikrosomen) simuliert. Metabolite werden über GC/MS identifiziert und quantifiziert. Die gentoxische/mutagene Potenz von Ausgangsverbindungen und Metaboliten wird in-vitro an Säuger-Zellinien (z.B. humane Colonzellen) oder an primären Zellen (z.B. aus Gastrointestinaltrakt von Ratte/ Mensch) sowie in-vivo an der Ratte und ex-vivo an humanen Blutzellen geprüft. Gemessen werden: Gentoxizität in transfizierten Bakterien (Induktion von SOS-Repair), Mutagenität in Säugerzellen (HPRT-Test), Induktion von DNA-Schäden mittels Mikrogelelektrophorese und die Entstehung vonDNA-Addukten mittels 32P-Postlabelling-Verfahren. Zusätzlich werden zytotoxische Effekte (einschließlich Membranschäden und Apoptose-Induktion) in Zellkulturen erfasst.
Die Photovoltaik ist auf Grund ihres Potentials eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen und steht damit im Fokus vieler Bemühungen, kostengünstige und effiziente Solarzellen zu entwickeln. In letzter Zeit haben besonders organische Solarzellen dabei an Bedeutung gewonnen, insbesondere aufgrund ihrer einfachen Verarbeitbarkeit und dem geringen Energieaufwand für ihre Herstellung, zum Beispiel durch Druck- oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Sowohl Industrie als auch Forschungseinrichtungen haben daher große Anstrengungen unternommen, um leistungsstarke, dünne und flexible organische Solarzellen bei gleichzeitiger Kosten- und Energiereduktion zu entwickeln. Die hauptsächlich untersuchten sogenannten Polymer-Fulleren-Solarzellen weisen bereits hohe Wirkungsgrade von bis zu 11 Prozent auf. Jedoch hat diese Technologie einige Nachteile. Fulleren-basierte Akzeptoren sind teuer und zeigen eine eher geringe optische Absorption im sichtbaren und infraroten Bereich des Sonnenspektrums. Weitere limitierende Prozesse sind verschiedene Rekombinationsverluste, die zu einer niedrigen Klemmenspannung und damit zu einem moderaten maximalen Wirkungsgrad führen. Dieser ist inhärent auf ca. 13 % begrenzt. Die erst kürzlich entdeckten Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFA) könnten diese Nachteile beheben. In ersten Experimenten wurden deutlich geringere Spannungsverluste beobachtet. Auch wurden bereits Wirkungsgrade 10 % berichtet. Das Ziel von ALTAFOS ist, die grundlegenden Eigenschaften und die Wirkungsweise dieser neuen Materialklasse zu untersuchen und eine Abschätzung des theoretischen Wirkungsgrads der neuartigen organischen Solarzellen zu erhalten. Dafür werden NFAs mit unterschiedlichen Eigenschaften synthetisiert, detailliert untersucht und in Solarzellen getestet. Die gesammelten Daten werden für die Modellierung des Wirkungsgrads herangezogen. Zusätzlich zu einem Wirkungsgrad-Modell wird das Projekt auch Design-Regeln für Nicht-Fulleren-Akzeptoren liefern. Basierend auf diesen Erkenntnissen können in Zukunft organischen Solarzellen mit geringerem Klemmenspannungsverlust und mit deutlich höherem Wirkungsgrad (15%+) entwickelt und damit die Technologie zum Durchbruch geführt werden. Ein Erfolg dieser Technologie hätte aufgrund der energieschonenden und kostengünstigen Herstellungsmöglichkeiten ein enormes CO2-Reduktionspotential bei der Energiegewinnung.
The forecasted increase in the manufacture and use of nanoparticles makes it likely that increasing human and environmental exposure will occur, and as a result, nanoparticles have come under scrutiny. In natural waters, nanoparticles have to be present in 'solubilized' form because otherwise they will aggregate and flocculate and are removed (e.g. during wastewater treatment) or are retained in soil or groundwater. Both mobility and bioavailability depend therefore on the state of solubilization. Carbon nanotubes (CNT) are an important group of novel nanoparticles. Pristine CNT are virtually indispersable in water and do not form stable suspensions. However, they can be solubilized by addition of polymers (e.g. proteins and polysaccharides), detergents or natural organic matter. In the first part of this project the solubilization of CNTs was studied by bringing them in contact with biopolymers and detergents in aqueous solution and measuring the formation of solubilized, non-aggregated nanoparticles. Solubilization and sedimentation was followed over time, as function of water composition and initial state of the CNT. Dry CNTs were increasingly solubilized with increasing shaking time, however, the amount remaining stable in suspension was less than 1Prozent of the added amount. Pre-dispersing CNT in detergents and addition to water resulted in higher solubilized concentrations. In waters containing humic and fulvic acids addition of pre-dispersed CNT resulted in stable suspensions of up to 60Prozent of the total CNT amount. Our results indicate that the environmental behavior of CNTs is strongly determined by the initial state of the CNT. It is the aim of the extension project to get an in-depth view into the processes affecting dispersion of CNT by conducting titration experiments which will enable us to get a detailed description of the surface reactions on the CNT. Acid-base titrations will be performed with various CNT in the presence of different compounds (cations, detergents, biopolymers) and the data will be modeled using a surface complexation approach. These additional data will allow us to relate the solubilization of the CNTs to their surface speciation and will enable us to develop a more predictive understanding of the processes affecting solubilization of CNT in natural waters.
In diesem Projekt werden in Langzeit-Mikro- und Mesokosmos-Experimenten mit repräsentativen Lebensgemeinschaften stehender und fließender Gewässer der Verbleib und das Verhalten, die Akkumulation und Effekte von C-MNMs innerhalb der Nahrungskette sowie die Verteilung in den Organismen untersucht. Hierbei kommen Fullerene und Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) als Beispiele für C-MNMs zum Einsatz. Die Materialien werden in umweltrelevanten Konzentrationen in Süßwasser-Mesokosmen (künstliche Fließgewässer und Standgewässer) und Salzwasser-Mesokosmen (Simulation von Flussmündungen) untersucht. Eine wichtige Funktion in Fließgewässern ist die Abbauleistung des Biofilms, der gleichzeitig eine wichtige Nahrungsgrundlage für die Weidegänger (Grazer) in Fließ- und Standgewässern darstellt. Folglich sind negative Effekte auf den Biofilm oder auf die Weidegänger als Prädatoren sowie eine Störung des Nahrungsnetzes durch indirekte Effekte der MNMs von fundamentaler Bedeutung für das Ökosystem. Anhand dieser Untersuchungen werden mögliche negative Effekte auf wichtige strukturelle und funktionelle Aspekte aquatischer Ökosysteme quantifiziert und die Ergebnisse für einen sicheren Umgang bzw. Einsatz mit C-MNMs genutzt.
In NANO-Transfer werden der Verbleib, die chronischen Effekte, die Bioakkumulation, die Nahrungsnetzübertragung und der mögliche Schadstofftransport synthetischer, kohlenstoffbasierter Nanomaterialien (C-MNMs) in der aquatischen Umwelt untersucht und somit wichtige Lücken in der Forschung dieser Materialien geschlossen. Die AG an der RWTH wird Langzeit-Experimente mit CNTs bei umweltrelevanten Konzentrationen in Standgewässer-Mikrokosmen durchführen und das Nanomaterial über die Zeit in den verschiedenen Umweltkompartimenten nachweisen. Durch eine radioaktive Markierung (14C-CNTs) können wir dieses C-MNM im unteren Mikro g/L und Mikro g/kg Bereich detektieren. Auch gealterte C-MNMs werden getestet. Die Studien werden wichtige Ergebnisse für die Umweltrisikobewertung von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Fullerenen liefern und eine Evaluierung des Einsatzes dieser Materialien in der Remediation belasteter Gewässer hinsichtlich der Umweltsicherheit ermöglichen.
Aerosole treten in unterschiedlichen Bereichen der Verfahrenstechnik entweder als unerwuenschtes Abgas auf oder werden als Produkt gezielt generiert. Typische Beispiele sind die Entstehung von Russpartikeln bei Verbrennungsprozessen, die Erzeugung von technischen Russen, von keramischen Partikeln, Pigmenten, nanokristalinen und magnetischen Werkstoffen. Zur gezielten Beeinflussung dieser Prozesse sind Kenntnisse sowohl der chemischen Zusammensetzung der Gase als auch der Groesse und Menge der Partikel erforderlich. Zur Untersuchung dieser Vorgaenge werden Partikel aus russenden Niederdruckflammen mit Hilfe einer Molekularstrahlanlage in ein Partikel-Massenspektrometer (PMS) geleitet. Dort koennen elektrisch geladene Partikel bezueglich ihrer Masse und Ladung analysiert werden. Untersuchungen an russenden C6H6/O2-Flammen wurden durchgefuehrt, um den Einfluss von aromatischen und aliphatischen Strukturen der Brennstoffe auf die Russbildung zu studieren. Ein grosser Anteil an Fullerenionen konnte nachgewiesen werden. In C2H2/C6H6/O2-Mischflammen konnten sowohl benzoltypische als auch acetylentypische Partikel nachgewiesen werden. In Zukunft sollen Partikel aus russenden C6H6/O2-Flammen abgeschieden und gesammelt werden, um den Fullerenanteil mit anderen Diagnosemethoden zu bestimmen.
Obwohl die Anwendungen und Produktionsmengen von Nanopartikeln stetig zunehmen, fehlen umfassende Grundlagen für die Abschätzung von Umweltrisiken. Im Rahmen des Projektes Nano-DESTINARA soll untersucht werden, inwiefern Kläranlagen als Eintragspfade von Nanopartikeln in Gewässer fungieren. Kenntnisse über die relevanten Stoffströme von Nanomaterialien in der kommunalen Abwasserreinigung sind als Basis für die Berechnung von PEC-Werten (predicted environmental concentration) im Rahmen eines Risk-Assessments für die aquatische Umwelt von zentraler Bedeutung. Um die Wissenslücke zum Verhalten von Nanopartikeln in der kommunalen Abwasserreinigung zu verringern, liegt das Ziel des vorliegenden Projektes in der Ermittlung der Auswirkungen ausgewählter Nanopartikel (Titandioxid, Silber, Cerdioxid und Fullerene) auf die Reinigungsleistung von kommunalen Kläranlagen. Dies umfasst sowohl die Bestimmung der akuten und chronischen Hemmwirkung auf die unterschiedlichen Bakterienbiozönosen von Kläranlagen als auch die Identifizierung relevanter Stoffströme. Ein weiteres Ziel liegt in der Grundlagenerarbeitung für Messkonzepte, sowohl für die Kläranlagen selbst als auch für den Austrag in unterschiedliche Umweltkompartimente (Wasser, Boden) und einer Expositionsabschätzung für die ausgewählten Nanopartikel in Österreich. Hinsichtlich der chemischen Analytik wird die Entwicklung einer Analysenmethode für Fullerene angestrebt. Zur Zielerreichung werden am Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft der Technischen Universität Wien, welches auf langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der biologischen Abwasserreinigung und Untersuchungen zum Verhalten von Spurenstoffen auf Kläranlagen verweisen kann, Versuche im Labormaßstab durchgeführt und zusätzlich repräsentative kommunale Kläranlagen beprobt. Die Analyse der eingesetzten Substanzen erfolgt durch die Umweltbundesamt GmbH, deren Kompetenz auf der Umwelt- und Spurenanalytik liegt. Um Aussagen über akute Hemmwirkungen von Nanopartikeln auf die Kläranlagenbiozönosen treffen zu können, werden Respirationsmessungen mit unterschiedlichen Testkonzentrationen und Belebtschlämmen kommunaler Kläranlagen durchgeführt. Für die Langzeitauswirkungen und das Verhalten in der Abwasserreinigung werden über mehrere Monate Modellkläranlagen mit und ohne Zudosierung der ausgewählten Nanopartikel betrieben, während die Adsorptionseigenschaften der untersuchten Belebtschlämme zusätzlich in Batchtests ermittelt wird. Die Bilanzierung der eingesetzten Nanopartikel erfolgt über die chemische Analytik in den einzelnen Matrizes der Laboranlagen, mit Hilfe von für CSB, Stickstoff und Phosphor evaluierten Massenbilanzen. Die so berechneten relevanten Stoffströme und -senken gehen in eine Expositionsabschätzung für Österreich ein und bilden die Grundlage für die Entwicklung von Messkonzepten für Kläranlagen selbst und für den Eintrag der untersuchten Nanopartikel in die unterschiedlichen Umweltkompartimente (Wa
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 19 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 19 |
| Text | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 19 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 15 |
| Englisch | 7 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 14 |
| Webseite | 6 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 12 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 13 |
| Mensch und Umwelt | 20 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 20 |