Ein Sensorsystem für die Sicherheitsbeurteilung von Nanopartikeln
Das EU-finanzierte Projekt INSTANT (Innovative sensor for the fast analysis of nanoparticles in selected target products) änderte diesen Ausgangszustand über ein kosteneffektives, bedarfsorientiertes, integriertes Gerät für die Detektion und Quantifizierung von ENPs in komplexen Proben wie bspw. Lebensmitteln und Kosmetikstoffen. Wissenschaftler bestimmten und erstellten unterschiedliche ENP-Spezies mit verschiedenen Eigenschaften für die Analyse: Silber, Gold, Zinkoxid und Titanoxid. Die geprüften Proben umfassten Lebensmittel, Säfte sowie Sonnenschutzmittel, welche diese künstlich hergestellten Nanopartikel beinhalten. Die INSTANT-Forscher optimierten und standardisierten die Probenaufbereitungsverfahren, um eine gute ENP-Extraktion, -Detektion und -Identifizierung zu ermöglichen. Ein großer Erfolg ist die Entwicklung eines generalisierten Extraktionsprotokolls. Das Konsortium entwickelte molekular geprägte Kunststoffe (Molecularly Imprinted Polymers, MIPs) und angepasste Kohlenstoffnanoröhren (tailored Carbon Nanotubes, tCNTs) als Sensormaterial und prüfte deren Anwendbarkeit. Diese wurden in Erkennungselemente integriert, um robuste Sensoranordungen zu schaffen, mit denen eine kennzeichnungsfreie und elektrochemische Erfassung bezüglich der physikochemischen Beschreibung von ENPs möglich ist. Die Sensoreinheit kombiniert zudem eine fortschrittliche Fluidik mit einer modularen und einfach zu verwendenden Durchflusszelle, welche sowohl mit optischen als auch mit elektrochemischen Detektionsstrategien an einem Transducer einen parallelen Read-out ermöglicht. Diese innovative Einrichtung gestattet die gleichzeitige Detektion unterschiedlicher ENP-Spezies. Die Wissenschaftler integrierten die Probenaufbereitungs-, Sensorik- und Stromversorgungseinheiten in zwei Prototypen für einen Betrieb vor Ort und im Labor. Für die Leistungsbewertung der Prototypen unter Verwendung echter Proben wurden ausschließlich funktionalisierte tCNTs ausgewählt. Die MIP-Integration erwies sich während der Projektlaufzeit als zu arbeitsintensiv. Die Prototypen umfassten ebenfalls eine Verarbeitungssoftware für die chemometrische Evaluation sowie Kommunikations- und Grafikbenutzerschnittstellen. Die Resultate wurden über einen Round-Robin-Ansatz validiert und die Forscher optimierten die INSTANT-Demonstratorkomponenten, um die Leistung weiter zu verbessern. Die Projektergebnisse wurden über verschiedene Publikationen, Konferenzen, Pressemitteilungen, Veranstaltungen und Ausstellungen sowie über Audio-/Videomaterial umfassend weitervermittelt. Das INSTANT-Team hat erfolgreich ein vollständig integriertes und validiertes kosteneffektives Gerät zur Beobachtung und Analyse von hergestellten Nanopartikeln hergestellt, die in kosmetischen Produkten, Nahrungsmitteln und Getränken vorhanden sind. Solche Geräte können zur Gestaltung evidenzbasierter Sicherheitsvorschriften genutzt werden, um eine eindeutige Kennzeichnung von Produkten sicherzustellen. Zu weiteren Anwendungsmöglichkeiten zählen Sensoren für die Detektion toxischer Partikel oder Pathogene in der Umwelt. Abgesehen von einer verbesserten Wettbewerbsfähigkeit des Konsortiums werden ebenfalls die Endverbraucher in Form einer erhöhten Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten mit künstlich hergestellten Nanopartikeln profitieren.
Schlüsselbegriffe
Sensor, Sicherheit, hergestellte Nanoteilchen, INSTANT, Extraktionsprotokoll, molekular geprägte Polymere, angepasste Kohlenstoffnanoröhren, Prototyp
