Synthetische anorganische Nanopartikel unter dem Einfluss von Umweltprozessen: Biologische Auswirkungen auf aquatische Wirbellose

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Schulz
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172114680

Im Rahmen der ersten Projektphase zeigte IMPACT auf, dass sowohl die initiale Partikelgröße, der Oberflächenbelag sowie der pH und die Anwesenheit von DOC im Testmedium die biologischen Auswirkungen von dissoziierenden Nanopartikeln (z.B. Ag NP) determinieren. Wohingegen der pH eine untergeordnete Rolle für inerte NP, beispielsweise TiO2 NP, spielt. Jedoch wird das ökotoxikologische Potential von TiO2 NP stark durch seine Kristallstruktur beeinflusst, dessen Effekt sich teilweise durch die Unterschiede in seiner jeweiligen reaktiven Oberfläche erklären lässt. Zudem kann TiO2 NP die Auswirkungen von weiteren Stressoren, wie Schwermetelle, verändern (triggering), wohingegen Umweltfaktoren, wie DOC (masking) und UV-Strahlung (triggering) die NP-induzierten Effekte modulieren. Diese Erkenntnisse zeigen klar auf, dass die biologischen Auswirkungen von NP von ihren anfänglichen Eigenschaften abhängig sind, welche wiederum von Umweltfaktoren überschrieben werden können.Auf dieser Basis wird IMPACT die Effekt auslösenden Pfade - "Masking" (verschiedene Anlagerung an NP), "Catching" (Anlagerung von NP an grobes organisches Material) und "Triggering" (kombinierte Ökotoxizität von NP Umweltfaktoren sowie -stressoren) - von NP systematisch untersuchen. Zudem wird die ökologische Komplexität der experimentellen Systeme erhöht, um NP-bezogene Auswirkungen auf ökosystemare Funktionen sowie die NP Aufnahmen und deren trophischen Transfer entlang der heterotrophen Nahrungskette zu untersuchen. Beide Ansätze führen zu einem verlässlicheren Bild über mögliche Umweltauswirkungen von NP sowie den zugrundeliegenden Mechanismen. Daher werden die folgenden Forschungsfragen untersucht werden:1. Zu welchem Umfang beeinflussen Masking, Catching, und Triggering die Aufnahmen, den trophischen Transfer und das Verhalten exponierter Makroinvertebraten?2. Sind solche Auswirkungen unter Umweltbedingungen, welche als typisch für Überflutungsräume gelten, reversibel?3. Beeinflussen Masking, Catching, und Triggering ökosystemare Funktionen?Diese Forschungsfragen werden sowohl durch ziel-orientierte Laborstudien, welche unter gut definierbaren Umweltbedingungen durchgeführt werden können, als auch durch die Betrachtung ökologisch relevanter Endpunkte adressiert. Dabei werden die NP durch MASK sowohl in der Wasserphase (z.B. DLS, NTA, HDC-UV-FD-ICP-MS und sp-HDC-ICP-MS) als auch in den Testorganismen (z.B. ETV-ICP-MS, ESEM-EDX) quantifiziert und charakterisiert. Mittels Raman (PORESURFACE) wird die Verteilung von NP - hauptsächlich TiO2 NP - im Organismus ermittelt. IMPACT beteiligt sich darüber hinaus an dem INTERNANO JOINT FLOODPLAIN und dem BANK FILTRATION EXPERIMENT. Auch wird das JOINT FOOD WEB & ECOSYSTEM FUNCTION EXPERIMENT von IMPACT koordiniert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1536: INTERNANO: Mobility, aging and functioning of engineered inorganic nanoparticles at the aquatic-terrestrial interface
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartner: Professor Dr. Mirco Bundschuh