Gesundheitsrisiko von Graphen-Rückständen untersucht

Aufgrund seiner außer­ge­wöhnlichen Eigenschaften wird Graphen heute einer Vielzahl von Kunststoffen zugesetzt. So verbessert das kohlenstoff­basierte Material beispielsweise die Leit­fähig­keit und die Stabilität von Verbund­stoffen. Wie es um die Gesundheits­risiken dieser neuen Komposit-Materialien bestellt ist, untersuchen Forscher der Eid­genös­sische Material­prüfungs- und Forschungs­anstalt Empa derzeit in mehreren Studien. Die jüngsten Untersuchungen befassen sich mit den Rückständen von Graphen-Nanoplättchen, die nach der Verbrennung der Verbundstoffe in Müll­verbrennungs­anlagen oder bei einem Brandunfall entstehen können.

Da der menschliche Organismus mit Graphen-Partikeln am ehesten über die Atemwege in Kontakt kommt, nutzten die Forscher ein an der Empa entwickeltes 3D-Lungenmodell mit Zellkulturen für die Toxizitäts­tests. Das Team von Peter Wick setzte Lungenzellen dabei Rückständen aus der Verbrennung von Komposit-Materialien, die Graphen-Nanoplättchen enthielten, aus. Um die Menge der Graphen-Partikel, denen Menschen dabei typischer­weise ausgesetzt sind, möglichst realistisch abschätzen zu können, untersuchte und quanti­fi­zierte ein Team um Jing Wang die Verbrennungs­rückstände der Graphen-Verbundstoffe.

Anhand dieser Daten setzte das Team des inter­disziplinären Projekts das 3-D-Lungenmodell realitäts­nahen Bedingungen aus, so dass Voraussagen zur akuten Toxizität von Graphen-Nanoplättchen nach der Verbrennung getroffen werden konnten. Die Ergebnisse zeigten, dass zwar Verbrennungs­rückstände von Kunststoff­harzen ohne Graphen bereits bekannte Reaktionen auslösen, die auf ein Gesundheits­risiko hinweisen. Nach Kontakt mit den Rückständen der Graphen-Nanoplättchen gab es darüber hinaus aber keine Hinweise auf akute Schädigungen der Lungenzellen, wie etwa Entzündungs­reaktionen, oxidativer Stress oder das Absterben von Zellen.

In einer früheren Studie hatten Empa-Forscher bereits zeigen können, dass die Gesundheits­risiken von Graphen-Staub, der durch Abrieb aus Polymer­verbund­stoffen entsteht, zu vernach­lässigen sind. Die Auswirkungen einer anhaltenden Belastung mit Graphen-Nanopartikeln soll nun in lang­fristigeren Studien untersucht werden.

Empa / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  W. Netkueakul et al.: Airborne emissions from combustion of graphene nanoplatelet/epoxy composites and their cytotoxicity on lung cells via air-liquid interface cell exposure in vitro, NaoImpact 27, 100414 (2022); DOI: 10.1016/j.impact.2022.100414
• Particles-Biology Interactions Lab (P. Wick), Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, St. Gallen, Schweiz