Graphen ist ein zweidimensionales (in der Größenordnung eines Atoms dickes) Nanomaterial aus Kohlenstoff, das aus einer einzigen Schicht dicht gepackter Kohlenstoffatome besteht. Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit und seiner bedeutenden elektrischen und thermischen Eigenschaften eignet sich Graphen gut für viele neue Anwendungen in den Bereichen Elektronik, biologische, chemische und magnetische Sensoren, Photodetektoren sowie Energiespeicherung und -erzeugung.
Wussten Sie das?
Aufgrund seines Anwendungspotenzials dürfte die Graphenproduktion in den kommenden Jahren erheblich zunehmen, doch angesichts der geringen Marktakzeptanz und der begrenzten Möglichkeiten zur Analyse seiner Auswirkungen liegen derzeit noch nicht viele Informationen über die Konzentrationen von Graphen-Nanomaterialien in Ökosystemen vor.
Jetzt ist bekannt geworden, dass Graphenoxid unter bestimmten Bedingungen organische Schadstoffe wie ein trojanisches Pferd zu Fischen transportieren kann. Wissenschaftler der CBET-Forschungsgruppe an der Universität des Baskenlandes (UPV/EHU) in Spanien und der Universität Bordeaux in Frankreich haben in einer Studie nachgewiesen, dass Graphenoxid-Nanomaterialien allein und in Kombination mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen eine potenzielle Quelle der Toxizität für Fische sind, allerdings in Konzentrationen, die über den derzeit erwarteten Umweltwerten liegen. Unter den in der Studie verwendeten Bedingungen wurde keine hohe Toxizität festgestellt, aber eine Veränderung einiger Biomarker wurde beobachtet.
Berücksichtigen Sie
Aufgrund der Oberflächeneigenschaften von Graphen könnte Graphen, sobald es in die aquatische Umwelt gelangt, als Träger von organischen Schadstoffen, wie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, für Wasserorganismen fungieren. In diesem Zusammenhang hat die CBET-Forschungsgruppe (Cell Biology in Environmental Toxicology) die Fähigkeit von Graphenoxid, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe zu sorbieren, sowie die Toxizität von Graphenoxid allein und in Kombination mit bestimmten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in Zebrafischembryonen und ausgewachsenen Tieren untersucht.
"Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Graphenoxid polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in den Zebrafisch tragen kann (über eine Art trojanisches Pferd) und subletale Schäden verursacht. Unter den von uns verwendeten Bedingungen waren die toxischen Auswirkungen nicht enorm, weder Fische noch Embryos sind gestorben, aber bei einigen Biomarkern haben wir Auswirkungen festgestellt, die uns warnen", sagte Amaia Orbea, Doktorin der CBET-Gruppe der UPV/EHU.
Zum einen haben sie festgestellt, dass bei hohen Konzentrationen Missbildungen bei Embryonen auftreten können, "was bedeutet, dass bei längerer Exposition und höheren Konzentrationen möglicherweise nicht lebensfähige Tiere geboren werden", erklärt Orbea. Andererseits hat diese Forschung gezeigt, dass "langfristig, bei einer dreiwöchigen Exposition, das Enzym Acetylcholinesterase, das Nervenreize verlangsamt, bei allen behandelten Fischen gehemmt wurde, so dass wir, obwohl wir keine sehr hohen Konzentrationen verwendet haben, gesehen haben, dass mit zunehmender Expositionszeit neurotoxische Wirkungen auftreten", so der Forscher.
Bitte beachten Sie
"Wir haben bestimmte Konzentrationen und Zeiträume verwendet, aber wir wissen nicht, wie sich diese Konzentrationen in der Natur entwickeln werden und welchen Einfluss sie im Verhältnis zu anderen Schadstoffen haben können. Die Ergebnisse haben uns gezeigt, dass die Konzentrationen, die derzeit in der Umwelt vorhanden sind, nicht sehr gefährlich sind, aber wir müssen vorsichtig sein: Wir wissen nicht, welche Auswirkungen diese niedrigen Konzentrationen bei längerer Exposition haben können. Die erzielten Ergebnisse hängen mit den in unseren Experimenten angewandten Bedingungen zusammen. Normalerweise finden wir Graphen nicht allein in der Umwelt; neben Graphen gibt es viele andere Schadstoffe, die sich auch auf Tiere auswirken... Wir sollten sie alle gleichzeitig berücksichtigen", warnt er.
Diese Studie ist Teil der international mitbetreuten Doktorarbeit des Doktoranden Ignacio Martínez Álvarez. Die Forschung wurde von der UPV/EHU finanziert, Amaia Orbea ist die Leiterin der Dissertation an der UPV/EHU und Hélène Budzinski die Leiterin der Dissertation an der Universität von Bordeaux. Die Forschungsarbeiten wurden am Fachbereich Zoologie und Zellbiologie der Tiere und am Zentrum für Forschung in experimenteller Meeresbiologie und Biotechnologie (Meeresstation Plentzia) in Zusammenarbeit mit Polymat durchgeführt.
Schlussbemerkung
Die Studie trägt den Titel "Aufnahme und Auswirkungen von Graphenoxid-Nanomaterialien allein und in Kombination mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in Zebrafischen". Sie wurde in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment veröffentlicht. (Quelle: UPV/EHU)