Verbleib und Wirkung von synthetischen Nanomaterialien in der aquatischen Nahrungskette

Zeumer, Richard; Schäffer, Andreas (Thesis advisor); Schlechtriem, Christian (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Kurzfassung

Nanomaterialien, darunter insbesondere Silber (AgNPs)- und Titandioxidnanopartikel (TiO2NPs), sind Bestandteil vieler Konsumgüter und daher aus dem täglichen Gebrauch nicht mehr wegzudenken. Während Herstellung, Verwendung und Nutzung der Produkte können diese Nanopartikel (NPs) über industrielle oder städtische Abwässer in Kläranlagen (KA) gelangen, wo ein Großteil im Klärschlamm verbleibt, jedoch in geringem Maße in transformierter Form auch in die aquatische Umwelt abgegeben wird. Da diese Transformation die Eigenschaften der NPs deutlich verändern kann, sollten neben pristinen auch transformierte NPs sowie die jeweiligenUmweltmatrices für eine umfassende Bewertung der Effekte der NPs auf Gewässer und die darin vorkommenden Biota berücksichtigt werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes FENOMENO (Fate and effect of wastewater-borne manufactured nanomaterials in aquatic ecosystems) wurde die vorliegende Arbeit angefertigt, in welcher der Eekt pristiner und transformierter AgNPs und TiO2NPs auf verschiedene Biota sowie deren Anreicherung in der aquatischen Nahrungskette untersucht werden sollte. Zentrales Element der Studien war dabei die Erzeugung von KAAusläufen mit AgNPs bzw. TiO2NPs mittels Labor-KAs. Die Ausläufe wurden anschließend in akuten und chronischen Studien nach OECD-Richtlinien mit Desmodesmus subspicatus, Daphnia magna sowie Oncorhynchus mykiss verwendet, um deren sublethale Effekte auf die einzelnen Biota sowie deren Anreicherung entlang dieser dreistugen Nahrungskette zu bewerten. In den Studien zur akuten und chronischen Wirkung zeigte sich, dass pristine AgNPs deutliche Effekte auf die untersuchten Endpunkte in den drei Testarten verursachten, während die sulfidierten AgNPs aus KA-Ausläufen deutlich geringere bis keine Effekte verursachten. Auch in den Studien zum Bioakkumulationsverhalten konnte beobachtet werden, dass die Transformation derAgNPs deren Anreicherung entlang der Nahrungskette limitierte, was sich darin zeigte, dass ein Großteil der aufgenommenen suldierten NPs über den Verdauungstrakt ausgeschieden und nur in geringem Maße in das Gewebe der Tiere aufgenommen wurde. Für TiO2NPs konnte keine Transformation durch Umweltmatrices nachgewiesen werden, jedoch konnte auch für die pristinen, größtenteils agglomerierten NPs im umweltrelevanten Konzentrationsbereich weder ein Effekt auf die untersuchten Endpunkte noch eine Anreicherung im Gewebe der Versuchstiere beobachtet werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Risikobewertung von NPs Umweltmatrices wie KA-Ausläufe beinhalten sollte, da sonst deren Effekt auf aquatische Organismen möglicherweise überschätzt wird. Unter Berücksichtigung der zu erwartenden Umweltkonzentrationen sowie der Haupteintrittspfade von Nanomaterialien in die Umwelt, deuten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit auf ein geringes Gefährdungspotential von AgNPs und TiO2NPs für die aquatische Nahrungskette hin, jedoch sollten zukünftige Studien die langfristigen Effekte sowie die Wirkungsweisen der NPs näher untersuchen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik [162710]