Nachwuchsforschungsgruppe NALEWA: Nachweis und Aufnahme von Nanoplastik über Lebensmittel und Trinkwasser

Als Nanoplastik werden Kunststoffpartikel mit einer Größe von unter 1 µm bezeichnet. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie sich besonders leicht in Umweltmedien und biologischen Systemen verteilen und potenziell biologische Barrieren überwinden. Gleichzeitig ist ihr zuverlässiger Nachweis analytisch sehr anspruchsvoll, sodass noch große Wissenslücken hinsichtlich Vorkommen, Exposition und möglicher gesundheitlicher Auswirkungen bestehen. Ein wichtiger möglicher Aufnahmeweg für den Menschen ist die orale Exposition über Lebensmittel und Trinkwasser. 

Projektziele

Im Rahmen von NALEWA sollen eine Bewertung des Eintragsrisikos von Nanoplastik in pflanzliche Lebens- und Futtermittel sowie Trinkwasser in Sachsen erfolgen, eine erste Istzustands-Analyse durchgeführt und Vermeidungs- und Schutzmaßnahmen abgeleitet werden. Dabei werden folgende Ziele verfolgt:

1. Öffentlichkeitsarbeit: Versachlichung der Diskussion in Öffentlichkeit und Fachwelt durch Weiterbildungsangebote und Veranstaltungen
2. Analytischer Nachweis: Entwicklung von Standardverfahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Nanoplastik in Wasser- und Pflanzenproben 
3. Referenzmaterialien: Entwicklung von Referenz- und Standardmaterialien für Nanoplastik, inklusive gealterter und markierter Partikel
4. Anreicherungsmethoden: Verbesserung der Methoden zur Anreicherung von Nanoplastik in Wasserproben mittels Filtration und Zentrifugation
5. Quantifizierung: Optimierung der Durchflusszytometrie zur Quantifizierung von Nanoplastikpartikeln in Wasserproben
6. Pflanzenaufnahme: Untersuchung der Aufnahme von Nanoplastik in Pflanzen und deren Verteilung und Anreicherung innerhalb der Pflanze
7. Simulation: Entwicklung von numerischen Modellen zur Simulation der Wechselwirkungen von Nanoplastik mit biologischen Zellen
8. Bewertung des Risikos der Nanoplastikaufnahme über Lebensmittel und Trinkwasser und Präsentation des Kenntnisstandes bzgl. Risikominimierung, Vermeidung und Schutz. 

Nanoplastikanalytik

Die Analyse von Nanoplastik ist aufgrund der geringen Partikelgröße und komplexer Probenmatrices analytisch sehr anspruchsvoll. Für die Entwicklung, Validierung und Vergleichbarkeit geeigneter Methoden werden Referenzmaterialien aus verschiedenen Kunststoffarten benötigt. Sie ermöglichen unter anderem die Bestimmung von Nachweisgrenzen, Wiederfindungsraten und Matrixeinflüssen.

Für den Nachweis von Nanoplastik kommen unterschiedliche analytische Ansätze infrage. Die TED-GC-MS ermöglicht eine massenbasierte Identifizierung und Quantifizierung von Polymeren anhand charakteristischer thermischer Zersetzungsprodukte und ist dabei weitgehend unabhängig von der Partikelgröße. Die Durchflusszytometrie bietet das Potenzial, sehr kleine Partikel einzeln und mit hohem Probendurchsatz zu erfassen sowie Informationen zu Partikelanzahl und optischen Eigenschaften zu erhalten. LDIR-Mikroskopie ermöglicht bis zu einer Mindestpartikelgröße eine chemische Identifizierung einzelner Kunststoffpartikel anhand ihrer Infrarotspektren und liefert zusätzlich Informationen zu Größe und Form. Jede Methode eröffnet somit unterschiedliche Möglichkeiten für den Nachweis und die Charakterisierung von Nano- und Mikroplastik.

Trinkwasser

Sachsen weist mit rund 20 % den höchsten Anteil an Uferfiltrat bei der Trinkwassergewinnung in Deutschland auf und liegt damit deutlich über dem bundesweiten Durchschnitt von 8 %. Die Uferfiltration hat daher insbesondere für Regionen wie Dresden, Leipzig, Torgau und Görlitz eine hohe wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung. Dabei gelangt Flusswasser durch den Untergrund zu flussnahen Brunnen und unterliegt auf diesem Weg natürlichen Selbstreinigungsprozessen. Wie wirksam insbesondere die Prozesse Filtration und Sorption auch Nanoplastik zurückhalten, ist bislang unzureichend untersucht. Aufgrund des direkten Einflusses von Oberflächenwasser besteht bei Uferfiltrat ein höheres Eintragsrisiko als bei der Nutzung von Grund- oder Talsperrenwasser. Für eine Risikobewertung fehlen noch geeignete Daten und praxistaugliche Methoden zum Nachweis von Nanoplastik. Untersuchungen zur Rückhaltung während der Uferfiltration sind eine wichtige Grundlage für zukünftige Monitoring- und Aufbereitungsstrategien.

Aufnahme in Pflanzen und Zellen

Nanoplastik kann über den Boden in den Wurzelraum von Pflanzen gelangen. Aufgrund seiner sehr geringen Partikelgröße besteht die Möglichkeit, dass Partikel an Wurzeloberflächen anhaften, natürliche Barrieren überwinden und in pflanzliches Gewebe aufgenommen werden. Anschließend können sie über Leitgewebe in weitere Pflanzenteile transportiert werden. Auf zellulärer Ebene könnte Nanoplastik mit Zellmembranen, Proteinen und weiteren Zellbestandteilen wechselwirken und dadurch unter anderem oxidativen Stress, Veränderungen des Stoffwechsels oder Beeinträchtigungen von Wachstum und Photosynthese auslösen. Daraus ergibt sich eine besondere Relevanz für die Lebensmittel- und Futtermittelsicherheit. Wenn Nanoplastikpartikel in essbaren Pflanzenteilen wie Wurzeln, Blättern, Früchten oder Samen angereichert werden, können sie in die Nahrungskette gelangen. Über Futtermittel ist eine Weitergabe an Nutztiere denkbar. Für eine Bewertung der menschlichen und tierischen Exposition sind daher Untersuchungen zur Aufnahme, Verteilung und möglichen Anreicherung von Nanoplastik in Nutzpflanzen erforderlich.

Nachwuchsforschende

Projektleitung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek

Projektleiter

• U 240
• +49 351 462 3350
• E-Mail

Prof. Dr. rer. nat. Kathrin Harre

Teilprojektleiterin

• Z 259
• +49 351 462 3250
• E-Mail

Prof. Dr. nat. techn. Verena Ibl

Teilprojektleiterin

• P2 203
• +49 351 462 3016
• E-Mail

Prof. Dr. rer. nat. Sebastian Aland

Teilprojektleiter

• S 315A
• +49 351 462 3604
• E-Mail