Radiomarkierung von Nanopartikeln

Nanoskalige Materialien halten zunehmend Einzug in verschiedenen Bereichen des alltäglichen Lebens. Viele Industrie- und Endverbraucherprodukte enthalten Nanopartikel, das betrifft u. a. den Gesundheitssektor, die Energie- und Umwelttechnik, den IT-Sektor, die Textilindustrie, die Automobilindustrie, die Chemie, die Bauindustrie aber auch Konsumgüter aus dem Lebensmittel- und Kosmetikbereich. Begleitet wird der wachsende Einsatz von Nanopartikeln von umfangreichen Studien zur Risikobewertung von Nanomaterialien. Bis heute sind jedoch viele erforderliche Aspekte für eine umfassende Gefährdungsabschätzung nur unzureichend bekannt. Eine wesentliche Ursache dafür ist die oft schwierige Identifizierung und Quantifizierung von Nanopartikeln in relevanten Testmedien und Zielkompartimenten, wie Böden, Sedimenten, Pflanzen oder Klärschlämmen. Mit der Radiomarkierung von Nanopartikeln steht jedoch eine effektive Methode zum Nachweis von Nanopartikeln in komplexen Umweltproben zur Verfügung, mit der es gelingt, radiomarkierte nanopartikuläre Spezies selektiv bei umweltrelevanten Nanopartikelkonzentrationen von anderen elementgleichen Spezies zu unterscheiden.
Wir haben verschieden Methoden zur Radiomarkierung von Nanopartikeln entwickelt, die es gestatten, abhängig von der Art der Nanopartikel und des zu untersuchenden Prozesses, gezielt Radiotracer in die Nanopartikel einzuführen. Wesentlich ist dabei oft die Möglichkeit, industriell genutzte bzw. kommerziell verfügbare Nanopartikel einer Radiomarkierung zu erschließen. Es wurden für die Radiomarkierung verschiedene Verfahren, wie die Synthese von Nanopartikeln unter Einsatz von radioaktiven Ausgangsstoffen, der chemischen Bindung von Radiotracern an Nanopartikel, die Aktivierung durch die Bestrahlung mit Protonen, die Rückstoßmarkierung und Diffusionsverfahren genutzt. Es ist möglich, durch die Auswahl geeigneter Radionuklide (Halbwertszeit, Zerfallsart) und die Einstellung der Aktivitätskonzentration gezielt die Eigenschaften der radiomarkierten Nanopartikel für verschiedene Nachweisverfahren und experimentelle Rahmenbedingungen (z. B. Zeitskala) einzustellen. In unseren aktuellen Arbeiten werden folgende radiomarkierte Nanopartikel hergestellt: [105Ag]Ag, [110mAg]Ag, [44Ti]TiO2, [45Ti]TiO2, [48V]TiO2, [64Cu]CuS, [64Cu]SiO2, [65Zn]CdSe/ZnS, [124I]CNTs, [125I]CNTs, [131I]CNTs, [7Be]MWCNT, [139Ce]CeO2 und [194Au]Pt. Begleitet werden die Arbeiten zur Radiomarkierung durch die Validierung der für die experimentellen Untersuchungen wesentlichen Eigenschaften der Nanopartikel.
Die radiomarkierten Nanopartikel werden in vielfältigen Studien z. B. im Bereich Bioverfügbarkeit (Pflanzenaufnahme), Transportverhalten, Abwasserbehandlung und in Verwitterungsuntersuchungen eingesetzt, Nachweisgrenzen im unteren ng/L-Bereich werden erreicht.