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Veröffentlichung Nanocarrier - Part I: Overview and categorization of nanocarriers(German Environment Agency, 2024)This report summarizes the current state of knowledge on nanocarriers based on a literature review of existing nanocarriers and those under development. Nanocarriers are considered as innovative materials ("advanced materials") which enable transport, protection and (targeted) release of active ingredients. The report presents a characterisation of the field of nanocarriers by identifying, describing and classifying types of nanocarriers currently on the market and the technologies under development based on a working definition. In addition, the report provides an overview of (possible) fields of application of nanocarriers and their state of development.Veröffentlichung Investigation of two widely used nanomaterials (TiO2, Ag) for ecotoxicological long-term effects - adaption of test guidelines(2013) Schäfer, Christoph; Weil, Mirco; Deutschland. Umweltbundesamt; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; ECT Oekotoxikologie GmbH (Flörsheim am Main)The nanoparticulate titanium dioxide NM-105 was investigated in two tests with Lumbriculus variegatus in a sediment-water system according to the OECD TG 225 [5]. The nominal test concentrations in the first test were 15; 23; 39; 63 and 100 mg/L NM-105 and 100 mg/L NM-105 in the second test. Chemical analysis of titanium concentrations in test media in the first test showed good agreement with nominal test concentrations.Veröffentlichung Investigation of widely used nanomaterials (TiO2, Ag) and gold nanoparticles in standardized ecotoxicological tests(2013) Hund-Rinke, Kerstin; Klawonn, Thorsten; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Deutschland. UmweltbundesamtAt the nanoscale level, the physical, chemical, and biological properties of materials differ in fundamental, and often valuable, ways from the properties of individual atoms and molecules, or bulk matter. Research and development in nanotechnology is directed towards creating im-proved materials, devices, and systems that exploit the new properties. The specific properties of nanoparticles proved to be very useful for an increasing number of commercial applications, such as protective coatings, light-weight materials or self-cleaning clothing, for example.Veröffentlichung Environmental hazard of selected TiO2 nanomaterials under consideration of relevant exposure scenarions(2014) RWTH Aachen. Institut für Umweltforschung; Institut für Biologische Analytik und Consulting IBACON GmbH; Deutschland. UmweltbundesamtThis project investigated the ecotoxicological hazard of two different sized TiO2 nanomaterials and one non-nano sized TiO2 reference material to organisms inhabiting different environmental compartments. Following standardized tests (OECD guidelines) were used to investigate the influence of these materials on several test organisms: Daphnia sp. acute immobilization test (Test No. 202), Fish embryo acute toxicity (FET) test (Test No. 236), Activated sludge, respiration inhibition test (Test No. 209), Earthworm, acute toxicity test (Test No. 207), Earthworm, reproduction test, (Test No. 222). Thereby, different organisms and effect levels (respiration, mobility, mortality, reproduction, embryonic development) were considered. Main focuses of the study were tests under relevant exposure scenarios. Therefore, Daphnia sp. acute immobilization tests and activated sludge tests were performed with solar radiation. Mixture experiments with nano-TiO2 and an organic contaminant were conducted with the acute and chronic earthworm and activated sludge respiration tests.
Quelle: www.umweltbundesamt.deVeröffentlichung Integrative test strategy for the environmental assessment of nanomaterials(2015) Hund-Rinke, Kerstin; Herrchen, Monika; Schlich, Karsten; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Deutschland. UmweltbundesamtCurrently there are no testing and assessment strategies for environmental fate and effects taking the specific properties and behaviour of engineered nanomaterials into account. Therefore, the project objective was to develop a strategy for the investigation of ecotoxicity and environmental fate that allows the consideration of nano-specific effects within the environmental risk assessment of nanomaterials. For the development of the test strategy, both the results of "classic" assessment as well as those of recognized non-standardized endpoints were taken into account. For this analysis environmental fate and effects were addressed separately. Furthermore, the discussions of national and international level, e.g. the conclusions of the expert meeting on Ecotoxicology and Environmental fate of the OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials were taken into account. The test strategy considers various levels of test complexity as they are to be used in a tiered risk assessment scheme on the basis of a full life-cycle assessment. For the environmental risk assessment approach, the use of mathematical models and trigger values to either stop the procedure or proceed to the next tier is included. The presented test strategy features an overarching approach to test and assess fate and effects of NM while considering the specific challenges when investigating the potential environmental impact of NM.
Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/Veröffentlichung Considerations about the relationship of nanomaterial´s physical-chemical properties and aquatic toxicity for the purpose of grouping(Umweltbundesamt, 2017) Hund-Rinke, Kerstin; Nickel, Carmen; Kühnel, Dana; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Institut für Energie- und Umwelttechnik (Duisburg); Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, DorisProjektziel war die Entwicklung eines Konzeptes, um Nanomaterialien (NM) hinsichtlich ihrer Ökotoxizitat für Algen, Daphnien, und den Fischembryo zu gruppieren. Dabei wurden fünf Arbeitsschritte durchlaufen: (i) Auswahl von insgesamt 14 NM, die sich auf die Materialtypen Ag, ZnO, TiO2, CeO2, und Cu aufteilten; (ii) umfassende physikalischĄ-chemische Charakterisierung aller Materialien in Wasser und den drei Testmedien; (iii) Entwicklung von Hypothesen zur erwarteten Ökotoxizitat; (iv) ökotoxikologische Testung aller NM in den drei ausgewählten Testsystemen; (v) Erprobung verschiedener Gruppierungsänsatze auf Basis der physikalischĄ-chemischen Parameter (PCParameter), die als relevant für die aquatische Ökotoxizitat identifiziert worden waren. Als relevant wurden Morphologie, Stabilität (Ionenfreisetzung, Kristallstruktur) und die Ökotoxizitat der chemischen Verbindung identifiziert und darauf basierend ein Schema zur Gruppierung vorgeschlagen. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass weitere Parameter zu berücksichtigen sind. Es zeigte sich weiterhin, dass keine sinnvolle Gruppierungshypothese auf einem einzelnen PCĄ-Parameter beruhen kann. Für eine sinnvolle Gruppierung ist ein Set von Parametern notwendig. Um das vorgeschlagene Gruppierungskonzept im Hinblick auf die regulatorische Anwendung zukünftig weiterzuentwickeln sind folgende Aspekte zu berücksichtigen: (i) gezielte Berücksichtigung von Oberflächenmodifikationen, die bewusst bei dem Projekt ausgeschlossen worden waren; (ii) Ersatz des Fischembryotests aufgrund seiner geringen Sensitivität; (iii) Anpassung der Methoden zur Bestimmung der Oberflächenreaktivitat, da keine Übereinstimmung zwischen den entsprechenden Messwerten und der Ökotoxizitat ermittelt wurde; (iv) die Kinetik ausgewählter PCĄ-Parameter (Agglomerationsverhalten; ZetaĄ-Potential, Reaktivität, Löslichkeit) im Test. Ferner wird eine größere Anzahl an ECĄ-Werten benötigt, um die Aussagekraft der Statistik zu erhöhen. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Clarification of methodical questions regarding the investigation of nanomaterials in the environment(2017) Kozin, Philipp; Kammer, Frank von der; Universität Wien - Department für Umweltgeowissenschaften; Deutschland. UmweltbundesamtFor an adequate and valid interpretation of data regarding the environmental fate and behavior of nanomaterials it is essential to describe parameters like dissolution (rate), dispersibility and dispersion stability. Aim of the project was the development of a standardized test method to determine dispersibility and dispersion stability of nanomaterials in simulated environmental media as new OECD Test Guideline. For this objective, both conceptual and experimental work was conducted and an international round robin was initiated and executed to validate the proposed test setup regarding reliability and reproducibility. Two comprehensive expert commenting rounds of the OECD Test Guideline program supported the refinement of the draft within this project. The test method developed in this project was submitted to the OECD Test Guideline program by UBA and published by OECD in October 2017 as new “Test Guideline on dispersion stability of nanomaterials in simulated environmental media (OECD No. 318)”. The presented final report summarizes the experimental work performed to develop the OECD Test Guideline.Veröffentlichung Summary of the results of the Sponsorship Programme for nanoscale titanium dioxide of the OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials(2016) Völker, Doris; Schwirn, Kathrin; Deutschland. UmweltbundesamtThe Sponsorship Programme is the central testing programme of the OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN) launched in 2007. It was called into being to create the conditions for a coordinated approach between the member countries with regard to the safety of manufactured nanomaterials. The WPMN brings together 30 member countries of the OECD and the EU Commission. Some non-member countries are also represented, as are organisations from industry and from standardisation and environmental associations. The idea behind the OECD Sponsorship Programme was to collate data on selected and precisely described manufactured nanomaterials. The intention was thereby to obtain information on their physicochemical properties, behaviour and effects on humans and the environment, and to demonstrate the relationships between them. In this process Germany joined forces with France as joint “Lead Sponsors” for nTiO2. This report summarizes the results of the Sponsorship Programme on ecotoxicology and environmental behavior of nanoscale titanium dioxide of the OECD Working Party on Manufactured Nanomaterials (WPMN).Veröffentlichung Development of a method to determine the bioaccumulation of manufactured nanomaterials in filtering organisms (Bivalvia)(Umweltbundesamt, 2020) Schlechtriem, Christian; Knopf, Burkhard; Kühr, Sebastian; Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, DorisImmer größer werdende Mengen an synthetischen Nanomaterialien (MNMs) werden für den industriellen Einsatz produziert und können während der Produktion, dem Einsatz der Produkte, sowie bei deren Entsorgung in die Umwelt gelangen. MNM mit hohen Produktionsvolumina unterliegen einer Bioakkumulationsbewertung im Rahmen der EU REACH Verordnung, um potentielle Umweltbelastungen abschätzen zu können. Die hierbei für die Chemikalienbewertung klassischerweise verwendeten Methoden, etwa Durchflussstudien mit Fischen gemäß OECD TG 305, sind für das Testen von MNMs in aquatischen Medien jedoch nur bedingt geeignet. So neigen die meisten MNMs dazu in aquatischen System nur metastabile Suspensionen zu bilden und direkt nach dem Eintreten in das Medium oder im zeitlichen Verlauf zu sedimentieren. Eine konstante homogene Exposition im Testsystem wird somit stark erschwert. Für Corbicula fluminea, eine weit verbreitete Süßwassermuschel, wurde bereits in früheren Studien gezeigt, dass sie MNMs aus der Wasserphase durch Filtration aufnehmen kann. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Eignung von C. fluminea für Bioakkumulationsstudien mit MNMs geprüft. Hierzu wurde ein neues Durchflusssystem entwickelt, welches eine konstante und homogene Exposition von MNMs ermöglicht. Zur Überprüfung wurden synthetische Nanomaterialien gewählt, welche jeweils MNMs mit bestimmten Eigenschaften repräsentieren. Das Silbernanopartikel NM 300K (AgNP) wurde als Repräsentant der Gruppe der gut dispergierbaren und ionenfreisetzenden MNMs getestet und mit AgNO3 als nicht nanopartikuläre Form desselben Elements verglichen. NM 105, ein Titandioxid NP, wurde für die Gruppe der nicht ionenfreisetzenden MNMs getestet. Für die Gruppe der MNMs, welche auf organischen Polymeren basieren, wurde das Polystyrol NP Fluoro-MaxTM getestet, welches mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert war. Somit konnte die Aufnahme und Verteilung des NPs im Weichkörper der Muscheln u.a. mittels Fluoreszenzmikroskop untersucht werden. Für die Ag und TiO2 Behandlungen konnten nach Messung der Gewebekonzentrationen BAF bzw. BCF Werte im Konzentrationsgleichgewicht ermittelt werden. BAFss Werte von 31 und 128 für die beiden NM 300K Konzentrationen (0.624 und 6.177 'Mikrogramm'Ag/L) und 6,150 und 9,022 für die beiden NM 105 Konzentrationen (0.099 und 0.589 'Mikrogram'TiO2/L) zeigten, dass BAFss Werte für die untersuchten MNMs abhängig von der jeweiligen Expositionskonzentration sind. Für die AgNO3 Behandlung wurden ebenso konzentrationsabhängige BCFss Werte von 31 und 711 für die höhere und niedrigere Konzentrationen ermittelt. Die Kinetik der gemessenen Partikelkonzentrationen in den Muschelgeweben (sp-ICP-MS) wie auch die ermittelten Distributionsfaktoren für einzelne Kompartimente lieferten Hinweise, dass die untersuchten MNMs zwar aufgenommen, aber nicht inkorporiert wurden. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Analysis of studies and research projects regarding the detection of nanomaterials in different environmental compartments and deduction of need for action regarding method development(Umweltbundesamt, 2019) Hildebrand, Heike; Schymura, Stefan; Franke, Karsten; Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Völker, DorisDas Ziel der vorliegenden Studie war die Erstellung eines Überblicks verschiedener Strategien und Techniken, die bei der Detektion von (technischen) Nanomaterialien in den Umweltkompartimenten Oberflächenwasser, Boden, Sediment, Luft, Biota und Klärschlamm zum Einsatz kommen. Darauf basierend werden kurz- bis langfristige Handlungsempfehlungen für die Etablierung von standardisierten Messprotokollen für die Detektion von NM in der Umwelt abgeleitet. Diese Messungen dienen der Überprüfung der Belastungssituation in der Umwelt, können helfen zu prüfen, ob mögliche regulative Maßnahmen greifen und unterstützen die Anwendbarkeit von Resultaten aus Expositionsmodellen anhand des Vergleichs mit Realdaten. Vor allem durch Verwendung des "Web of Science" wurde eine Literaturrecherche nach Übersichtsarbeiten, die den gegenwärtigen Stand der Technik der NM-Detektion in Umweltmedien zusammenfassen, vorgenommen. Über 160 wissenschaftliche Publikationen wurden im Hinblick auf NM-Detektion evaluiert. Die Ergebnisse dieser Literaturstudie zeigen deutlich, dass eine Methoden-Kombination zur Detektion und Identifizierung von NM nötig ist und welche insbesondere die Unterscheidung von natürlichen NM und technischen NM zulässt. Der wichtigste Schritt ist hierbei die Probenvorbereitung für die gewählte Detektionsmethode, die in den meisten Fällen die komplette Entfernung der (störenden) Matrix und einen Transfer der NM in ein für die Messung geeignetes Medium einschließt. Gegenwärtig herrscht ein Mangel an Feldstudien zur Detektion unbekannter Konzentrationen von nicht weiter spezifizierten technischen NM in Umweltproben. Feldstudien existieren nur für wenige Umweltkompartimente, hauptsächlich Oberflächenwässer. Die Schlussfolgerungen identifizieren den Handlungsbedarf dementsprechend mit dem Hauptaugenmerk auf der Entwicklung, Standardisierung und Validierung eines Kombinationsansatzes existierender Methoden. Quelle: Forschungsbericht