Nano: Der schwer greifbare Feind

Socken, die nie mehr stinken, Sonnencremes mit weniger Chemie: Das Zauberwort "Nano" umstrahlt viele Produkte. Noch nutzen es Hersteller als Werbeträger, der ein dank winziger Partikel überlegenes Produkt anpreist. Aber es mehren sich Hinweise, dass Nanoteilchen also Partikel mit weniger als 100 Nanometern (Millionstel Millimeter) Durchmesser der menschlichen Gesundheit schaden könnten. Eindeutige Beweise gibt es bislang nicht. Um Gewissheit zu erlangen, müssen Risikoforscher eine Herkulesaufgabe stemmen. Unterdessen schafft die Industrie Fakten: Die Zahl der Konsumprodukte, die Nanopartikel enthalten, explodiert. Weltweit über 800 zählt die Datenbank des Project on Emerging Nanotechnologies des US-amerikanischen Woodrow Wilson Instituts (www. nanotechproject.org). Vor gut drei Jahren waren es noch rund 200. Dabei listet die Datenbank nur Artikel, deren Hersteller die Nutzung von Nanopartikeln bekannt geben. "Wahrscheinlich gibt es viel mehr Nanopartikel enthaltende Waren auf dem Markt", sagt Jurek Vengels vom Projekt Chemikalienpolitik und Nanotechnologie des Bundes für Umwelt- und Naturschutz Deutschland (BUND). "Allein in Deutschland mehr als 800", schätzt Vengels.

Shootingstars sind Nanopartikel aus Silber. Weil sie Bakterien töten, finden sie breiten Einsatz, wenn es um Hygiene geht: In Socken und Sportbekleidung dämpfen sie durch Mikroben verursachte Gerüche. Antibakterielle Beschichtungen aus Silber-Nanoteilchen finden sich an Kühlschrankinnenwänden und Filtern von Klimaanlagen. Auch Zahnpasta, Kosmetika und Frischhaltebeutel enthalten die silbernen Zwerge.

Aber auch andere Arten von Nanopartikeln boomen: Vor allem Titandioxid-, Zinkoxid-, Kohlenstoff- und Gold-Nanoteilchen. Titandioxid- und Zinkoxid-Partikel dienen als UV-Blocker in Sonnencremes, in Textilien und Holzschutzmitteln. Gold-Nanopartikel werden in Schwangerschaftstests und als Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt.

Winzige Röhrchen aus Kohlenstoffatomen, sogenannte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, erhöhen die Bruchzähigkeit von Tennisschlägern oder Fahrradrahmen. Die Röhrchen sind ein Traummaterial für Ingenieure: Sie sind fester und dabei sechsmal leichter als Stahl.

In diesem Fall ist der Nutzen der Nanopartikel offensichtlich. Aber warum setzt die Industrie Silber- oder Titanoxid-Nanopartikel ein und nicht größere Partikel der gleichen Substanz? Zerkleinert man ein Material in immer winzigere Teilchen, so vergrößert sich seine Oberfläche immer weiter. Ein Nanopartikel ist unvorstellbar klein: Verglichen mit einem Fußball ist es so groß wie der Fußball verglichen mit der Erde. Ein Pulver aus Nanoteilchen hat deshalb eine riesige Oberfläche. Somit bietet es seiner Umgebung mehr Kontaktfläche und kann seine Wirkung besser entfalten. Nanopartikel aus Silber töten Bakterien daher effizienter als Silberstaub aus größeren Körnchen.

Aber das ist nicht alles. An der Oberfläche liegende Atome haben andere physikalische Eigenschaften wie die im Innern des Kügelchens, weil sie nicht komplett von Nachbaratomen umgeben sind. Die Oberflächenatome bestimmen die Eigenschaften des Nanoteilchens, weil es mehr davon gibt als Atome im Innern. So absorbieren und reflektieren Titandioxid- und Zinkoxid-Nanopartikel UV-Strahlung, größere Kügelchen der gleichen Stoffe hingegen nicht.

Spitz wie Asbestnadeln

Die Nanopartikel können auch durch ihre bloße Form wirken. Die Festigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhrchen etwa kommt von ihrer Röhrenform. Es ist diese Form, die Risikoforschern Sorgen bereiten. Sie ähneln nadelförmigen Asbestfasern, die Entzündungen und Krebs auslösen können. Auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen verursachen Entzündungen, wie britische Forscher zeigten. Sie injizierten Nanoröhrchen in die Bauchhöhle von Mäusen. Daraufhin gab es Entzündungen im Lungen-Mantelgewebe..

Neben der Form ist die Winzigkeit der Nanoteilchen ein Risiko für die Gesundheit. "Unser körpereigenes Abwehrsystem bekämpft Fremdkörper, die zehn bis 100 Mal größer sind als Nanopartikel", sagt Wolfgang Kreyling vom Deutschen Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt in München.

Eingeatmete Nanopartikel gelangen in die kleinsten Lungenbläschen. Normalerweise werden Fremdkörper dort von so genannten Makrophagen, das sind spezielle Abwehrzellen, eingeschlossen und unschädlich gemacht. "Nanoteilchen hingegen werden von den Makrophagen wegen ihrer Kleinheit nicht registriert", erklärt Kreyling.

Dazu passt ein Befund des Forschungsprojektes NanoCare, das von Bund und Industrieunternehmen finanziert wurde und vor kurzem seinen Abschlussbericht vorlegte. Die Forscher ließen Ratten Titandioxid-Nanopartikel einatmen. "Sie riefen eine Entzündung der Lunge hervor", heißt es auf der Internetseite von NanoCare (www.nanopartikel.info). Dies sei zwar eine typische Reaktion auf fremde Partikel. Die Reaktion auf Nano-Titandioxid sei aber stärker gewesen als auf Stäube aus gröberem Titandioxid.

Die Lunge ist nicht nur ein gefährdetes Organ, sondern nach Ansicht von Experten ein weit offenstehendes Einfallstor für Nanopartikel in den Blutkreislauf. Denn nur eine Wand von einem Tausendstel Millimeter Dicke trennt die Bläschen von den Blutgefäßen. Nanopartikel durchdringen diese Wand. Forscher fanden von Versuchstieren eingeatmete Nanoteilchen, im Blut oder in Organen wieder. "Der Anteil der Nanopartikel, die ins Blut gehen hängt sehr vom Material ab, aus dem die Teilchen bestehen, sowie von deren Größe und Oberflächeneigenschaften", sagt Kreyling. Auch durch die Darmwand können Nanoteilchen ins Blut eindringen. "Je nach Material schaffen es bis zu fünf Prozent der Partikel durch die Darmwand", sagt Kreyling. Die gesunde Haut hingegen gilt als undurchlässig für Nanoteilchen.