AEH Zentrum für Arbeitsmedizin, Ergonomie und Hygiene AG Nanotechnologie: Risiken, Schutzmassnahmen und aktuelle Empfehlungen

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1 AEH Zentrum für Arbeitsmedizin, Ergonomie und Hygiene AG Nanotechnologie: Risiken, Schutzmassnahmen und aktuelle Empfehlungen Elisabeth M. Berger Fachärztin Arbeitsmedizin und Innere Medizin, AEH Zürich

2 Informationen zu: Grundlagen und Anwendungsgebiete Gefahrenpotential: derzeitige Situation image source: EMPA Technische, organisatorische und persönliche Schutzmassnahmen Derzeitige Empfehlungen, Richtlinien, gesetzliche Vorgaben nanotechnology: risks and protection 2

3 Schweiz (Nanoinventar 2008) ca. 600 Unternehmen verwenden Nanopartikel ca. 1'300 Personen arbeiten in diesen Firmen an Arbeitsplätzen, wo Nanopartikel zum Einsatz kommen (dies sind etwa 0.6% der Firmen und etwa 0.08% der Arbeiter des Schweizer Produktionssektors). > kommen potentiell mit Nanopartikeln in Kontakt Vorwiegender Einsatz in der chemischen Industrie bei Automobil-Zulieferern Elektrotechnik-Unternehmen allgemeinem Handel Oberflächen-Behandlungsfirmen Keramik- und Glasbetrieben in der Stein-Behandlung nanotechnology: risks and protection 3

4 Anwendungen Medizin: - Nanopartikel transportieren Medikamente zu bestimmten Zellen - Nanoboter in Blutbahnen Haushalt: - schmutz- und wasserabstoßende Oberflächen: Oberflächenversiegelung für Keramik, Fliesen und Glas - Verpackungsmaterial für Lebensmittel Energiewirtschaft: - verbesserte und günstigere Energieversorgung - beschichtete Häuserfassaden Fahrzeugtechnik: - beschlagfreie Rückspiegel durch Nanobeschichtung - Nanokatalysatoren Informationstechnologie: - hochdichte Datenspeicher - neuartige Solarzellen und Brennstoffzellen Kosmetik: - Produkteigenschaften von Sonnencremes und Deos werden optimiert, (Nanopartikel Titanoxid schützen vor UV- Strahlung nanotechnology: risks and protection 4

5 Nanotechnologie Warum sind zusätzliche Informationen zu Arbeitsschutz und Vorsorge überhaupt notwendig? Gibt es nicht bereits genug Daten zu den Materialien (SDB)? Gibt es nanospezifische Gefährdungen? nanotechnology: risks and protection 5

6 Definition Nanomaterial A natural, incidental or manufactured material containing particles, in an unbound state or as an aggregate or as an agglomerate and where, for 50 % or more of the particles in the number size distribution, one or more external dimensions is in the size range 1 nm nm. In specific cases and where warranted by concerns for the environment, health, safety or competitiveness the number size distribution threshold of 50 % may be replaced by a threshold between 1 and 50 %. By derogation from the above, fullerenes, graphene flakes and single wall carbon nanotubes with one or more external dimensions below 1 nm should be considered as nanomaterials. EU Commission 2011/696/EU nanotechnology: risks and protection 6

7 Unterschiede Nanomaterialien Grösse Geometrie Chemische Zusammensetzung Physikochemischen Eigenschaften der Oberfläche Fähigkeit, Reactive Oxygen Species (ROS) zu bilden Löslichkeit in biologischen Medien nanotechnology: risks and protection 7

8 Klassifikation Nanomaterial Nanopartikel Nanofaser Nanoplatte (3 dimensions nanoscale) (2 dimensions nanoscale ) (1 dimension nanoscale) Nanodraht Nanoröhrchen Nanostab (Nanotubes) Carbon-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes) : (Nanomaterial with one or more external dimensions below 1 nm ) Single walled (SWCNT) - Multi walled (MWCNT) nanotechnology: risks and protection 8

9 WHO-Faser einatembar + faserartig (Länge/Durchmesser > 3/1) + dünn (unter 3 μm) + lang (über 5 μm μm) + biobeständig nanotechnology: risks and protection 9

10 Befürchtungen Nanotechnologie > Nanomaterialien sind sehr klein > verteilen sich viel besser im Organismus als grössere Teilchen > neue Technologien bringen auch neue Risiken mit sich > Nanomaterialien sind so risikoreich und gefährlich wie Asbest nanotechnology: risks and protection 10

11 Aufnahmewege nanotechnology: risks and protection 11

12 Einatembarer Staub Gelb= Nanobereich nanotechnology: risks and protection 12

13 Inhalation - alveolengäniger Staub Luftröhre Alveole Bronchien Mögliche Folgen der Staubbelastung: Entzündung Fibrose (Bindegewebsvermehrung) Tumor image source : H.F.Krug, P.Wick, Angew. Chem. 2011, 123, nanotechnology: risks and protection 13

14 Biologische Effekte von Nanopartikeln Wirkungen durch die Partikelmorphologie : GBS = alveolengängige granuläre, biobeständige Stäube WHO-Fasern (lang, dünn, biobeständig) Aufnahmeweg: Einatmen > Entzündungsreaktionen > Kanzerogenität Wirkungen durch die chemischen Eigenschaften : Spezifische Toxizität Aufnahmewege: Einatmen, Haut Es wurden noch keine neuen Wirkungen gefunden, die nur Nanomaterialien betreffen! nanotechnology: risks and protection 14

15 3 Gruppen 1. Nanomaterialien, die alveolengängige granuläre biobeständige Stäube (GBS) ohne spezifische Toxizität freisetzen können. 2. Faserförmige Nanomaterialien, die alveolengängige biobeständige (starre) Faserstäube (WHO-Fasern) freisetzen können 3. Nanomaterialien, die eine spezifische "chemische" Toxizität aufweisen und daher eine Einzelfallbewertung erfordern nanotechnology: risks and protection 15

16 1. Nanomaterialien, die alveolengängige granuläre biobeständige Stäube (GBS) ohne spezifische Toxizität freisetzen können. Prinzip granulär TiO 2 einatembar (Alveolarstaub) biobeständig (un-/schwerlöslich) ohne bekannte spezifische Toxizität Wirkungsendpunkte Entzündung (Lungengewebe) Lungenkrebs gilt für Alveolarstaub aus pulverförmigen Materialien aus Arbeitsverfahren Bild BAuA / Nanolabor nanotechnology: risks and protection 16

17 2. WHO-Faser Faserförmige Nanomaterialien, die alveolengängige biobeständige (starre) Faserstäube (WHO-Fasern) freisetzen können Prinzip - faserartig (Länge/Durchmesser > 3/1) - dünn (unter 3 μm) - lang (über 5 μm μm) - Biobeständig Wirkungsendpunkte - Entzündung (Lungengewebe) - Krebs (Lunge, Mesotheliom,...) gilt für: - Asbest (und andere Faserminerale) - Künstliche Mineralfasern (KMF) - faserförmige Nanomaterialien - innovative Fasermaterialien nanotechnology: risks and protection 17

18 3. Nanomaterialien, die eine spezifische "chemische" Toxizität aufweisen und daher eine Einzelfallbewertung erfordern schwerlösliche Materialien >Freisetzung toxischer Ionen (Cd) >katalytische Aktivität (Ag, Ni) >reaktive funktionelle Gruppen leichtlösliche Materialien...verlieren im Körper in kurzer Zeit ihre Nanoeigenschaften... und damit entspricht das Risiko dem der Bulkmaterialien (Nano-Kieselsäure) nanotechnology: risks and protection 18

19 allgemein gilt Besondere Maßnahmen sind zu treffen, wenn das Material als krebserzeugend eingestufte Stoffe z.b. : Arsen oder Arsenverbindungen (etwa in Quantenpunkten oder Quantum Dots) Cadmium oder Cadmiumverbindungen (etwa in Quantenpunkten oder Quantum Dots) Chrom(VI)-Verbindungen Nickel oder Nickelverbindungen (wie Nickelsulfid oder Nickeloxid) Kristallines Siliziumdioxid (Quarz) nanotechnology: risks and protection 19

20 Risikobeurteilung und Risikomanagement Exposition (Belastung) + Wirkung des Stoffes ( Hazard ) Risikobeurteilung Riskobewertung Riskomanagement nanotechnology: risks and protection 20

21 Exposition Was mache ich Womit Wie Wie häufig und mit Wieviel nanotechnology: risks and protection 21

22 Wirkung (hazard) : Sicherheitsdatenblatt Beispiel SDB Nano-Titandioxid (pdf) Link: allgemeiner Staubgrenzwert PSA: Schutzbrille, Nitril-Handschuhe, FFP3-Maske Toxic effects of various modifications of a nanoparticle following inhalation ( BAuA 2013) Vergleich (Wistar-Ratten): TiO2 UV TITAN M262 TiO2 UV TITAN M212 TiO2 P25 Unterschied in Kristallstruktur und Oberflächenmodifikation 3, 12 und 47 mg/m 3, 6h / 5Tage / Woche über 28 Tage > Rückstände in Lunge, Erholung des Gewebes unterschiedlich nanotechnology: risks and protection 22

23 Studie zu TiO 2 Toxic effects of various modifications of a nanoparticle following inhalation ( BAuA 2013) Vergleich (Wistar-Ratten): TiO 2 UV TITAN M262 TiO 2 UV TITAN M212 TiO 2 P25 Unterschied in Kristallstruktur und Oberflächenmodifikation 3, 12 und 47 mg/m 3, 6h / 5Tage / Woche über 28 Tage > Rückstände in Lunge, Erholung des Gewebes unterschiedlich nanotechnology: risks and protection 23

24 Vorsorgeraster synthetische Nanomaterialien CH nanotechnology: risks and protection 24

25 Vorsorgeraster nanotechnology: risks and protection 25

26 Vorsorgeraster - Auswertung nanotechnology: risks and protection 26

27 Grenzwerte Bislang nur Empfehlungen Keine gesundheitsbasierten Arbeitsplatzgrenzwerte Dosis-Wirkungsbeziehung nicht klar genug Editor Nanomaterial recommended exposure limit (REL) National Institute of Occupational Safety and Health NIOSH, USA) National Institute of Occupational Safety and Health NIOSH, USA) Suva Titandioxid (< 100nm) Carbon nano tubes (CNT) and -fibers (CNF) Carbon nano tubes (CNT) and fibers (CNF) 0.3 mg/m 3 10h/day and 40h/week mg/m 3 1 μg/m 3 elemental carbon 0.01 fibers/ml Suva Common dust 3 mg/m 3 (Suva Titandioxid like common dust (not nano-specific)) IFA (Germany) IFA (Germany) Biopersistent granular Nanomaterials Density > kg/m 3 Density < kg/m 3 Carbon nano tubes (CNT) WHO-fibre properties cannot be ruled out particles/cm 3 (measuring range nm) particles/cm fibers/m nanotechnology: risks and protection 27

28 Grenzwerte CH Der MAK-Wert von 3 mg/m 3 für alveolengangigen Staub und 10 mg/m 3 für einatembaren Staub gilt als allgemeiner Staubgrenzwert. Aufgrund der bisherigen Datenlage liegen noch wenige klare Dosis-Wirkungs-Beziehungen für Nanopartikel vor. Kohlenstoffnanoröhrchen und fasern Länge über 5 μm, Durchmesser weniger als 3 μm, Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von über 3:1 : 0.01 Fasern/ml. Dieser Wert entspricht dem Grenzwert für lungengängige Asbestfasern nanotechnology: risks and protection 28

29 Arbeitsgesetz und UVG Arbeitsgesetz, Art. 6 Pflichten der Arbeitgeber und Arbeitnehmer 1 Der Arbeitgeber ist verpflichtet, zum Schutze der Gesundheit der Arbeitnehmer alle Massnahmen zu treffen, die nach der Erfahrung notwendig, nach dem Stand der Technik anwendbar und den Verhältnissen des Betriebes angemessen sind. Er hat im Weiteren die erforderlichen Massnahmen zum Schutze der persönlichen Integrität der Arbeitnehmer vorzusehen. 2 2 Der Arbeitgeber hat insbesondere die betrieblichen Einrichtungen und den Arbeitsablauf so zu gestalten, dass Gesundheitsgefährdungen und Überbeanspruchungen der Arbeitnehmer nach Möglichkeit vermieden werden. - Berufskrankheiten > UVG > Beauftragung der Suva: arbeitsmedizinische Vorsorge und Erarbeitung Grenzwerte ( Grenzwerte am Arbeitsplatz ) > bislang keine nanospezifischen Regelungen > Es gelten die allgemeinen Regeln für Gefahrstoffe und für Arbeitsschutz im Labor nanotechnology: risks and protection 29

30 Massnahmen S T O P! (Substitution) Technische Anpassung: geschlsosene Systeme, Einhausung Organisation: Kontaktzeiten verkürzen Persönliche Massnahmen: PSA (Persönliche Schutzausrüstung) Arbeitsmedizinische Vorsorge nanotechnology: risks and protection 30

31 Persönliche Schutzausrüstung Einmal-Atemschutzmasken mit geeigneten Partikelfiltern (FFP3) + Einmal-Schutzhandschuhe (ggf. bei Einweghandschuhen 2 Lagen übereinander) + geschlossene Schutzbrillen + ggf. Schutzbekleidung (bei CNTs) Polyethylen hoher Dichte HDPE oder gleichwertig (Nanosafe 2008) Aber: immer auch die weiteren Gefährdungen z.b. chemisch beachten > ggf. zusätzliche Massnahmen erforderlich! nanotechnology: risks and protection 31

32 Arbeitsmedizinische Vorsorge Erhebung des Status quo: - Vorerkrankungen, insbesondere Lungen-/Atemwegserkrankungen - Körperliche Untersuchung - Aktuelle Lungenfunktion (Spirometrie) Ggf. Weitergehende Untersuchungen (Rx) Biomonitoring (Blut, Urin, u.a.) aktuell nicht sinnvoll Verlaufsbeurteilung gibt es nachteilige Gesundheitseffekte? >Epidemiologische Forschung - Angebot der Vorsorgeuntersuchung seitens des SGU nanotechnology: risks and protection 32

33 Ausblick Gefahreneigenschaften der Grundstoffe sind auch bei deren Nanoformen zu berücksichtigen Freisetzung biobeständiger Partikel kann zu zusätzlichen Gesundheitsgefährdungen führen. andere innovative Werkstoffe mit Strukturen über 100 nm können zu vergleichbaren Gesundheitsgefährdungen führen. ungünstiges Staubungsverhalten bei einigen Nanomaterialien (insbes. faserförmigen) Bei einigen rigiden Kohlenstoffnanoröhrchen, die in erheblichem Maße Faserstäube (WHO-Fasern) freisetzen können, könnte eine mit Asbest vergleichbare Gefährdung von Beschäftigten vorliegen. > CH: Schweizer Aktionsplan Synthetische Nanomaterialien, Nanoinventar > SDB: Leitfaden für synthetische Nanomaterialien > USA: NIOSH Nanotechnology field team > in Arbeit: Handlungshilfe (EU, NANOVALID) nanotechnology: risks and protection 33

34 uncertainty of valuation Wissen und Sicherheit risk 2014 CNT II ( flexible fibres, dusty) Modified from: R. Packroff, Nanotechnologie, Wuppertal, 2014 growth rate of knowledge nanotechnology: risks and protection 34

35 Kontakt Elisabeth M. Berger AEH Zentrum für Arbeitsmedizin, Ergonomie und Hygiene AG Militärstrasse Zürich Telefon: nanotechnology: risks and protection 35