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Feinstäube Die Wirkung von Feinstäuben einfach messen

| Redakteur: Manja Wühr

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben zusammen mit dem Industriepartner Vitrocell ein Expositionssystem entwickelt, das die Auswirkung von Feinstäuben misst.

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Expositionssystem des KIT setzt biologische Zellen exakt und reproduzierbar feinstaubbelasteten Luftströmen aus.
Expositionssystem des KIT setzt biologische Zellen exakt und reproduzierbar feinstaubbelasteten Luftströmen aus.
(Bild: KIT/Ralf Killian)

Karlsruhe — Feinstäube spielen in der chemischen Industrie eine große Rolle. So schreibt die EU-Chemikalienverordnung Reach vor, dass die Hersteller nachweisen müssen, in welche Gefahrenklassen ihre Produkte einzuordnen sind. Doch das ist nicht so einfach. Für verlässliche medizinische Messungen lassen sie sich nur schwer fassen. Forscher am KIT haben nun ein Expositionssystem entwickelt, dass exakt und reproduzierbar biologische Zellen feinstaubbelasteten Luftströmen aussetzt. Schnell, günstig und ohne Tierversuche lassen sich so Messdaten über die Schadwirkung von Feinstäuben verschiedenster Quellen sammeln. Mit dem Industriepartner Vitrocell ist ein marktgängiges Produkt entwickelt worden.

Alle Staubkörner kleiner als 10 Mikrometer, also einem hundertstel Millimeter, zählen zum Feinstaub, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung. Unterhalb dieser Größenordnung passieren die Partikel leicht die oberen Atemwege des Menschen. „Sie lagern sich in den Lungenbläschen (Alveolen) ein und können dort die Zellen infolge ihrer chemischen oder physikalischen Eigenschaften schädigen“, erklären Dr. Hanns-Rudolf Paur und Sonja Mülhopt vom Karlsruher Institut für Technologie.

Realitätsnäher als bisherige Verfahren

Um die Effekte detailliert zu erforschen, müssen Lungenzellen und Feinstaub in einer realistischen Umgebung zusammengebracht werden. Letztlich müssen die Vorgänge im menschlichen Körper von der Nase bis in die Lunge reproduzierbar nachgestellt werden. Die feinstaubbelastete Luft wird im Karlsruher Expositionssystem dazu auf Körpertemperatur gebracht, mit etwa 85 Prozent Luftfeuchtigkeit versetzt und auf die Strömungsgeschwindigkeit in der Lunge reduziert. Für langanhaltende Messreihen gilt es, diese Bedingungen exakt und reproduzierbar einzuhalten. Zuletzt strömt der Partikelstrom über mit Nährmedium kultivierte Lungenzellen-Kulturen. Je nach Art des Feinstaubes zeigen diese anschließend Symptome von Entzündung, Oxidationsstress oder Membranschäden. Parallel wird über eine Präzisionswaage die deponierte Partikeldosis aufgezeichnet.

Das neue Expositionssystem ist realitätsnäher als bisherige Verfahren, bei denen Feinstaub aus der Luft oder einem Abgas gesammelt wird und in die Nährflüssigkeit eingerührt wird. Zugleich ist das Expositionssystem für viele Anwendungen schneller und günstiger als eine Tierversuchsstudie. Dank seiner Kompaktheit lassen sich mit dem Karlsruher Expositionssystem auch Messungen am Ort der Entstehung oder Belastung durchführen. „Die Forschung am KIT hat die Grundlagen gelegt für ein Verfahren mit hohem Industriepotential“, erklärt Tobias Krebs von der Firma Vitrocell Systems (Waldkirch). „Gemeinsam wollen wir nun dieses Produkt vermarkten.“

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