Häufig Gestellte Fragen: Nanotechnologie - NIOSH

Was ist Nanotechnologie? Woher kommt es und wie lange gibt es es schon?

Bei der Nanotechnologie werden Materie mit einer Länge von Nanometern (ein Milliardstel Meter) manipuliert, um neue Materialien, Strukturen und Geräte herzustellen. Die US National Nanotechnology Initiative (NNI) definiert eine Technologie nur dann als Nanotechnologie, wenn sie Folgendes umfasst:

• Forschung und Technologieentwicklung umfassen Strukturen mit mindestens einer Dimension im Bereich von 1 bis 100 Nanometern.
• Erstellen und Verwenden von Strukturen, Geräten und Systemen, die aufgrund ihrer Abmessungen im Nanometerbereich neue Eigenschaften und Funktionen haben.
• Fähigkeit zur Kontrolle oder Manipulation auf atomarer Ebene.

Nanostrukturierte Materialien stellen kein neues Phänomen dar. Zum Beispiel sind die roten und gelben Farbtöne in Buntglas das Ergebnis des Vorhandenseins von Gold- und Silberpartikeln in Nanometergröße. Die Fähigkeit, Materie auf atomarer Ebene zu untersuchen, zu manipulieren, zu verstehen und zu konstruieren, ist jedoch erst seit kurzem möglich. In einem Vortrag von 1959 mit dem Titel „Unten ist viel Platz“stellte der Nobelpreisträger Professor Richard P. Feynman die Idee eines neuen vor und spannendes Forschungsfeld, das auf der Manipulation von Materie auf atomarer Ebene basiert. Zu dieser Zeit basierten die Vorhersagen von Professor Feynman auf theoretischen Spekulationen. Entwicklungen wie die Erfindung des Rastertunnelmikroskops im Jahr 1981 haben jedoch seitdem die Wissenschaft im Nanobereich Wirklichkeit werden lassen. Die Nanotechnologie ist heute ein schnell wachsendes Forschungs- und Entwicklungsfeld, das viele traditionelle Grenzen überschreitet.

Wo finde ich weitere Informationen zur Forschung von NIOSH in Bezug auf Gesundheit am Arbeitsplatz und Nanotechnologie? Wo finde ich zusätzliche Informationen zur National Nanotechnology Initiative (NNI)?

Weitere Informationen zum Forschungsprogramm für Nanotechnologie von NIOSH finden Sie auf der Themenseite von NIOSH Nanotechnology. Dies soll eine solide Informationsquelle für das Forschungsprogramm des NIOSH sein, wobei neue Informationen hinzugefügt werden, sobald diese verfügbar sind. Weitere Informationen finden Sie auf der externen Symbol-Website der National Nanotechnology Initiative (NNI).

Welche Arten von Nanomaterialien (Nanoprodukten) werden in den USA hergestellt oder verwendet?

Eine zunehmende Anzahl von Produkten und Materialien wird im Handel erhältlich. Dazu gehören nanoskalige Pulver, Lösungen, Suspensionen sowie Verbundwerkstoffe und Vorrichtungen, die Nanomaterialien enthalten. Nanodimensionales Titandioxid wird derzeit in Kosmetika, Sonnenschutzcremes und selbstreinigenden Fenstern verwendet. Nanomaterialien werden zunehmend in optoelektronischen, elektronischen, magnetischen, medizinischen Bildgebungsverfahren, Arzneimittelabgabe-, kosmetischen, katalytischen und anderen Anwendungen eingesetzt. Nanobeschichtungen und Nanokomposite werden in einer Vielzahl von Konsumgütern eingesetzt, von Fahrrädern bis hin zu Automobilen. Weitere Details zu vorhandenen Produkten finden Sie hier im externen Symbol.

Warum forscht das NIOSH zu Nanotechnologie und Arbeitsschutz?

NIOSH führt Forschungen durch, um Fragen zu beantworten, die für die verantwortungsvolle Entwicklung der Nanotechnologie in den USA und auf dem wettbewerbsintensiven globalen Markt von entscheidender Bedeutung sind. Diese Fragen umfassen:

• Sind Arbeitnehmer bei der Herstellung und Verwendung von Nanomaterialien Nanomaterialien ausgesetzt, und wenn ja, welche Eigenschaften und Expositionsniveaus gibt es?
• Gibt es potenzielle gesundheitsschädliche Auswirkungen der Arbeit mit Nanomaterialien?
• Welche Arbeitspraktiken, persönlichen Schutzausrüstungen und technischen Kontrollen stehen zur Verfügung und wie effektiv sind sie zur Kontrolle der Exposition gegenüber Nanomaterialien?
• NIOSH befasst sich mit diesen Fragen durch ein Programm multidisziplinärer Forschung, Kommunikation und Partnerschaften mit anderen Agenturen, Organisationen und Interessengruppen.

Welches Wissen oder Know-how bringt NIOSH in diese Forschung ein?

Die Forschungsrolle des NIOSH ergibt sich aus seiner Mission als Bundesinstitut, das Forschung betreibt und Empfehlungen zum Arbeitsschutz abgibt. Seit mehr als 30 Jahren leitet NIOSH Forschungen, um arbeitsmedizinische Bedenken im Zusammenhang mit neuen Technologien und Praktiken am Arbeitsplatz zu definieren und anzugehen. NIOSH bringt in seine Forschung zu Nanotechnologie und Gesundheit am Arbeitsplatz Folgendes ein:

• Erfahrung in der Definition der Eigenschaften und Eigenschaften von ultrafeinen Partikeln (wie Schweißrauch und Dieselpartikeln), die einige Merkmale mit technischen Nanomaterialien gemeinsam haben.
• Fähigkeit zur Durchführung von Laborstudien zur Bestimmung fortgeschrittener Laborstudien zu gesundheitlichen Auswirkungen.
• Historische Führungsrolle in der Politik und Praxis der Arbeitshygiene.
• Enge Forschungspartnerschaften mit verschiedenen Interessengruppen aus Industrie, Arbeit, Regierung und Wissenschaft.

In welcher Beziehung steht NIOSH zu anderen staatlichen Bemühungen im Zusammenhang mit Forschung und Entwicklung in der Nanotechnologie?

NIOSH arbeitet in Partnerschaft mit anderen Regierungsbehörden hauptsächlich durch die Teilnahme an der US-amerikanischen National Nanotechnology Initiative, einem föderalen Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das eingerichtet wurde, um die Multiagency-Bemühungen in den Bereichen Wissenschaft, Technik und Technologie im Nanobereich zu koordinieren. Diese Initiative wird im Rahmen des Nationalen Wissenschafts- und Technologierats (NSTC) verwaltet. NIOSH ist Mitglied des Nanoscale Science, Engineering and Technology Subcommittee (NSET) des NTSC. Innerhalb dieses Unterausschusses leitet NIOSH gemeinsam mit der US-amerikanischen Food and Drug Administration die Arbeitsgruppe für Nanotechnologie, Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen (NEHI).

Wie viele Arbeiter sind möglicherweise Nanopartikeln ausgesetzt?

Nach einer Schätzung gibt es weltweit 400.000 Arbeitnehmer auf dem Gebiet der Nanotechnologie, davon schätzungsweise 150.000 in den Vereinigten Staaten [Roco et al. 2010]. Die National Science Foundation hat geschätzt, dass bis 2020 weltweit rund 6 Millionen Arbeitnehmer in der Nanotechnologiebranche beschäftigt sein werden (http://nano.gov/node/622external icon).

Roco MC, Mirkin CA, Hersam MC [2010] Forschungsrichtungen für Nanotechnologie für gesellschaftliche Bedürfnisse im Jahr 2020: Rückblick und Ausblick. Arlington, VA: National Science Foundation [http://wtec.org/nano2/external icon]

Wie können Arbeiter Nanopartikeln ausgesetzt sein?

Nanomaterialien, die eingeatmet, aufgenommen oder in die Haut eingedrungen werden können, weisen auf ein Expositionspotential hin und bieten die Möglichkeit potenzieller gesundheitlicher Auswirkungen. Prozesse, die zu Partikeln mit einem Durchmesser von Nanometern in der Luft, zu alveolengängigen nanostrukturierten Partikeln (typischerweise kleiner als 4 Mikrometer) und zu alveolengängigen Tröpfchen von Nanomaterialsuspensionen, -lösungen und -schlämmen führen, sind von besonderer Bedeutung für mögliche Inhalationsexpositionen.

Welche Auswirkungen haben Nanomaterialien auf die Gesundheit der Arbeitnehmer?

Ergebnisse von Tierversuchen mit technischen Nanomaterialien haben gezeigt, dass einige Expositionen gegenüber Nanopartikeln schwerwiegende gesundheitliche Auswirkungen auf Lungen- und Herz-Kreislauf-Systeme und möglicherweise andere Organsysteme haben können. NIOSH-Forscher haben die folgenden Forschungsaktivitäten durchgeführt oder daran teilgenommen, bei denen Folgendes festgestellt wurde:

• Asbest und Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) beeinflussen ähnliche molekulare Signalwege in kultivierten Lungenzellen, wobei Asbest eine höhere Wirksamkeit aufweist
• Nano- oder ultrafeines Titandioxid (TiO2) verursacht Lungenentzündungen und neuroimmune Reaktionen
• Ultrafeines TiO2 oder Ruß verursacht in Massendosis mehr Entzündungen als feines TiO2 oder Ruß
• Die Dispersion von ultrafeinen Rußnanopartikeln in der Lunge von Ratten nach intratrachealer Instillation führt zu einer Entzündungsreaktion, die größer ist als bei agglomeriertem ultrafeinem Ruß
• Die pulmonale Exposition gegenüber einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) bei Mäusen verursacht akute und chronische systemische Reaktionen, die mit nachteiligen kardiovaskulären Wirkungen verbunden sind
• SWCNTs, MWCNTs und Kohlenstoffnanofasern (CNFs) verursachen im Vergleich zu anderen inhalierten Partikeln (ultrafeines TiO2, Ruß, kristallines Siliciumdioxid und Asbest) bei Labortieren die gleiche oder eine höhere Wirksamkeit bei der Verursachung gesundheitsschädlicher Wirkungen, einschließlich Lungenentzündung und Fibrose.
• CNTs sind genotoxisch und können Lungenepithelzellen nach längerer, niedrig dosierter In-vitro-Exposition transformieren
• Vorläufige Untersuchungen haben gezeigt, dass Mäuse, die sowohl MWCNTs als auch Methylcholanthren (einem bekannten Krebsinitiator) ausgesetzt sind, signifikant häufiger Tumore entwickeln als Mäuse, die nur MWCNT allein ausgesetzt sind. Siehe NIOSH Science Blog.

Wie ist die Exposition am Arbeitsplatz gegenüber Nanomaterialien zu messen?

Eine Expositionsabschätzung sollte die Prozess- und Materialflusspläne für die Einrichtung überprüfen und Aufgaben und Mitarbeiter identifizieren, die möglicherweise Nanomaterialien ausgesetzt sind. Mitarbeiterinterviews und ein vorläufiger Rundgang durch die Einrichtung sollten durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alle Aktivitäten und potenziellen Expositionspfade vor der Probenahme identifiziert werden. Die gesammelten Informationen sollten die potenzielle Größe, Dauer und Häufigkeit der Exposition während verschiedener Arbeitsaufgaben oder bei bestimmten Prozessen sowie die Menge der verwendeten Materialien umfassen. Aktuelle Arbeitspraktiken und vorhandene technische Kontrollen sollten bewertet werden.

Ansätze zur Expositionsbewertung und Kontrollverifizierung können mit herkömmlichen Probenahmemethoden für die Arbeitshygiene durchgeführt werden, einschließlich der Verwendung von Probenahmegeräten an statischen Stellen (Flächenprobenahme), Proben, die in der Atemzone des Mitarbeiters entnommen wurden (persönliche Probenahme), und Messungen in Echtzeit direkte Leseinstrumente. Eine integrierte Probenahmestrategie sollte die Verwendung sowohl direkter Lesegeräte als auch filterbasierter Proben umfassen. Direkt ablesbare Instrumente können verwendet werden, um Partikelkonzentrationen zu protokollieren. Filterbasierte Proben können verwendet werden, um das interessierende Nanomaterial mit Elektronenmikroskopie und Elementaranalyse zu identifizieren.

Sollte die Exposition des Arbeitsplatzes gegenüber Nanomaterialien kontrolliert werden und wenn ja, wie?

Die Ermittlung geeigneter Kontrollmethoden hängt davon ab, ob die Eigenschaften des Nanomaterials bekannt sind, wie Expositionen gegenüber Nanomaterialien am Arbeitsplatz auftreten können, welche möglichen Auswirkungen eine Exposition am Arbeitsplatz gegenüber einem bestimmten Material haben kann und wie Expositionen gegenüber Nanomaterialien genau und zuverlässig gemessen werden können.

Was sind mögliche Anwendungen der Nanotechnologie im Bereich Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz?