Bereitstellung von luftgetragenen Nanopartikeln für in vitro- und in vivo-Untersuchungen H. Fissan 1 , B. Stahlmecke 1 , C. Asbach 1 , T. A. J. Kuhlbusch 1 , D. Y. H. Pui 2 , W. G. Shin 2 und S. C. Kim 2 1 Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) e.V., Bereich „Luftreinhaltung & Nachhaltige Nanotechnologie“, Duisburg, Germany 2 University of Minnesota, Particle Technology Laboratory, Minneapolis, USA Korrespondenz an: Prof. Dr.-Ing. Heinz Fissan, Bismarckstraße 81, D-47057 Duisburg, Germany, Tel.: +49 203-3793201, Fax: +49 203-3793268, E-Mail: Heinz.fissan@uni-due.de Eingegangen: 31. Januar 2008; angenommen: 4. Februar 2008 Online First 5 August 2008 Schlüsselwörter: Testaerosolsynthese, Desagglomeration, Na- nopartikeldeposition auf Zellen, Nanopartikeldeposition in der Lunge, Standardisierungsbedarf. Abkürzungen: CPC = Condensation Particle Counter; DMA = Differential Mobility Analyzer; ESP = Elektrostatischer Präzipi- tator; NSAM = Nanoparticle Surface Area Monitor; REM = Ras- terelektronenmikroskop; SMPS = Scanning Mobility Particle Sizer. Zusammenfassung: Die in vitro- und in vivo-Untersuchungen von Nanopartikeln im Hinblick auf ihre möglichen toxikologi- schen Wirkungen erfolgen häufig über die Aufgabe von Sus- pensionen auf Zellen mit aus der Nanopartikelkonzentration ableitbarer Dosis. Ein wichtiger Weg der Nanopartikelwirkung aber geht über die Inhalation. Es ist deshalb naheliegend, Na- nopartikel in Form von charakterisierten Aerosolen bereitzu- stellen. Der Ausgangspunkt sind häufig Pulver in Form von Ag- glomeraten, die ohne Zerlegung in den gasgetragenen Zustand überführt werden müssen. Es werden Methoden zur Aerosolisierung von Nanopartikel- pulvern vorgestellt, die zur Zeit untersucht werden. Aus der im gasgetragenen Zustand bestimmbaren Nanopartikelkonzentra- tion kann mit Hilfe von Depositionsmodellen die auf Zellen ab- geschiedene Nanopartikeldosis bestimmt werden. Für in vivo- Untersuchungen am Menschen besteht die Möglichkeit, die im alveolaren und tracheobronchialen Bereich deponierten Nano- partikelkonzentrationen unter Verwendung des ICRP–Depositi- onsmodells direkt messtechnisch zu erfassen. Für alle Verfahrensschritte, von der Aerosolbereitstellung und –charakterisierung bis zur deponierten Dosis, besteht Be- darf an Standardisierung. 1. Einleitung In zunehmendem Maße werden Nanopartikel und Nanoma- terialien, insbesondere in Form von Agglomeraten, in der Le- bensmittelindustrie eingesetzt. Neben den vielen Möglich- keiten zur Produktverbesserung und innovativer Produktent- wicklung mit Hilfe der Nanotechnologie werden auch mögli- che negative Auswirkungen auf die Umwelt und Gesundheit von Lebewesen, insbesondere durch freigesetzte Produkt-Na- nopartikel und nanostrukturierte Materialien in Form von Agglomeraten, diskutiert. Dazu werden toxikologische Wir- kungen durch Aufgabe von Partikeln in vitro auf Zellkulturen und in vivo auf Menschen und Tiere untersucht. Das Ziel eines kürzlich durchgeführten DIN-Workshops mit dem Titel „Nachweis von Nanopartikeln in Zellen und Geweben“ war es, „standardisierte Prüfverfahren als Basis zur Gefährdungsbeurteilung von Nanopartikeln“ vorzubereiten. Letzteres erfordert insbesondere die Entwicklung und Stan- dardisierung von Probenpräparations- und –messverfahren für verschiedene Matrizes. Es werden Verfahren zur Proben- vorbereitung in Flüssigkeiten und in Luft und entsprechende Methoden zur Dosisbestimmung benötigt. Die Dosisbestim- mung kann in der Probe vor der Aufgabe erfolgen. Eine di- rektere Methode ist der Nachweis in der Zelle oder im Gewebe. Im Folgenden werden zur Bereitstellung von Nanoparti- keln im luftgetragenen Zustand Probenpräparationsverfahren und Charakterisierungsmethoden vorgestellt; Probenpräpa- rationsverfahren für Flüssigkeiten und Messmethoden zum Nachweis der Partikel in den Zellen und Geweben sind nicht Gegenstand dieses Artikels. Nanostrukturierte Materialien können in unterschiedli- cher Form auftreten. Hier werden einzelne Partikel (Kugeln, Fasern) sowie Aggregate und Agglomerate mit nanoskaligen Primärpartikeln im Größenbereich bis 100 nm betrachtet (Abb. 1). Für die Deposition in der Lunge bietet sich eine Er- J. Verbr. Lebensm. 3 (2008): 312 – 318 1661-5751/08/030312-7 DOI 10.1007/s00003-008-0355-3 © Birkhäuser Verlag, Basel, 2008 Journal für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit Journal of Consumer Protection and Food Safety