Partikel mit besonderen Eigenschaften

Toxikologie von Nanopartikeln

Das toxikologische Potential von Nanopartikeln unterscheidet sich von dem größerer Partikel. Folgende Faktoren sind relevant zur Beschreibung der Toxizität von Nanopartikeln:

Größe

In der Größenordnung unter ca. 100 nm können physikalische und chemische Eigenschaften von Partikeln verändert sein. Die Vermutung ist, dass in dieser Größe Quanteneffekte ausschlaggebend sind. Dadurch verändern sich wesentliche Eigenschaften des Stoffes wie Löslichkeit, Farbe, Transparenz und Leitfähigkeit. Auch die Aufnahme in den Körper und die Mobilität in Organismen ist bei kleineren Partikeln erhöht, was zur Folge haben kann, dass Schranken überwunden werden, wie z. B. die Blut-Hirn-Schranke. Auch können Nanopartikel von der Lunge in die Blutbahn gelangen.

Oberfläche

Bei Partikeln in Nanogröße besteht ein höheres Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen als bei größeren Partikeln. Nanopartikel haben daher eine extrem große Oberfläche bei sehr geringer Masse. Dadurch sitzen im Verhältnis mehr Atome an der Oberfläche und sind mehr potentiell aktive chemische Gruppen verfügbar, was die biologische Aktivität des Partikels und damit die Toxizität erhöhen kann.

Entscheidend sind ebenfalls die chemischen Eigenschaften der Oberfläche. Synthetisch hergestellte Nanopartikel sind oft an der Oberfläche behandelt, um gewünschte Eigenschaften zu erfüllen. Dadurch kann die Aggregation von Partikeln vermindert, die Stabilität erhöht und die Biokompatibilität verbessert werden. Diese veränderten Oberflächeneigenschaften können aber auch zu einem veränderten toxischen Potential führen.

Form und Struktur

Isometrisch geformte und glatte Nanopartikel scheinen weniger toxisch zu sein als unregelmäßige und vor allem längliche Strukturen. Daher könnten Kohlenstoffröhrchen (Carbon nano tubes) ein höheres toxisches Potential haben als Fullerene, die ebenfalls aus Kohlenstoff bestehen.

Aggregation

Nanopartikel aggregieren sehr leicht, je kleiner die Partikel, desto stärker ist die Anziehungskraft zwischen den Partikeln. Da Nanopartikel meist hydrophob sind, ist die Aggregation der Partikel in Wasser besonders hoch. Die Aggregation kann auch die Toxizität beeinflussen. Wenn Nanopartikel agglomeriert sind, werden sie oft nicht mehr als Nanopartikel betrachtet. Spezielle Beschichtungen (Coatings) sollen für bestimmte Verwendungen die Agglomeration verhindern.