Nano und Umwelt. Harald F. Krug Empa. Materials Science and Technology. Bundesrat EDI. ETH-Rat. und Überblick. Einführung. Empa.

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1 Nano und Umwelt Einführung und Überblick Harald F. Krug Empa Empa Materials Science and Technology ETH Bereich Bundesrat EDI ETH-Rat ETH Zurich EPF Lausanne Forschungsinstitute PSI EMPA WSL EAWAG Materials Science & Technology

2 Empa Heute 3 Standorte Dübendorf, St. Gallen, Thun 800 Mitarbeiter (708 FTE) 400 Wissenschaftler/Innen inkl. 190 PhDs 150 PhD Kandidaten 20 Professoren 100 Fachhochschulabsolventen 40 Lehrlinge Budget 85 mill. CHF Bundesmittel ETH-Rat 43 mill. CHF Drittmittel Materials Science & Technology Forschungsprogramme Nanotechnologie Adaptive Werkstoffsysteme Natürliche Ressourcen und Schadstoffe Materialien für Gesundheit & Leistungsfähigkeit Materialien für Energietechnologien Materials Science & Technology 4

3 EMPA als Partner von Bundesstellen (BUWAL) Nationales Beobachtungsnetz für Luftüberwachung (NABEL) Lägeren Basel Härkingen Zürich Chaumont Payerne Bern Rigi Lausanne Jungfraujoch Tänikon Dübendorf Davos 50km Sion Magadino Lugano N Frühe Erkennung von Luftverschmutzung Verständnis der technischen und atmosphärischen Prozesse Kontrolle der nationalen Luftreinhalteverordnung Empa-d-Rü Materials Science & Technology Feld Emissions Display (FED) mit Carbon Nanotubes (CNT) Thermionische Elektronenquelle Spannungsgesteuert Kann nicht miniaturisiert werden! Kalte Elektronenquelle Durch el. Feld gesteuert Miniaturisierung!! Empa-d-Rü Materials Science & Technology

4 Produkte 7 Nanoprodukte 8

5 9 Nanopartikel: Konfusion & Fragen 10

6 Konfusion über die Grösse Ein Problem nur für f r Biologen? Panyam, J. et al., (2003) J. Controlled Release. 92: Fig. 4: SEM of 10 µm nanoparticles following in vitro degradation over a period of 90 days: A: 0 days B: 10 days C: 30 days D: 50 days E: 70 days F: 90 days 11 Konfusion über Konzentrationen Ein Problem für f r Physiker? 12

7 Our findings strongly suggest verifying cytotoxicity data with at least two or more independent test systems for this new class of materials (nanomaterials). Moreover, we intensely recommend standardizing nanotoxicological assays with regard to the material used: there is a clear need for reference materials. Fragen zu Nano 13 Sind Nanopartikel Nanonoxen (also toxisch)? Gibt es Methoden, um die Exposition und die biologischen Effekte zu messen? Wie können k wir das Risiko abschätzen? Welche Aktivitäten ten sind nötig, n welche sind bereits eingeleitet? Wird eine neue nano -Regulierung benötigt? 14

8 Aktuelle Aktivitäten

9 NANOMMUNE 17 NANOMMUNE Number Name of standard operation procedure Prepared by Date 3.1 Preparation of human monocyte-derived macrophages Partner 1a Phagocytosis assay with M-CSF-activated HMDM and TAMRA-labeled target cells Partner 1a Preparation of exosome-free fetal calf serum (FCS) Partner 1b Protocol for isolation of exosomes Partner 1b Generation of human monocyte-derived dendritic cells Partner 1b Detection of apoptosis by FACS: Annexin V/PI staining Partner Dispersion of nanomaterials for in vitro experiments Partner Endotoxin (LPS) contamination (LAL test) Partner 1b Fpg-comet assay to analyze DNA damage Partner 1a TEM analysis of cells after exposure to nanoparticles Partner Apoptosis by caspase 3/7-like activity assay Partner 1a Cytotoxicity by LDH release on spectrophotometer Partner 1b ROS production by FACS-based BODIPY measurement Partner 1a MTT cell viability assay Partner 1a Phenotyping of human monocyte-derived dendritic cells Partner 1b Cytokine measurement by ELISA Partner 1b Detection of ROS using 2,7 -dichlorofluorescein (H2DCF) Partner Preparation of samples in RNAlater (+product sheets) Partner 1a

10 Creation of protocols for a limited number of toxicology tests on a small number of representative nanoparticles to enable a round robin study in which identical results will be sought. This will involve at least the use of nanomaterials and biologicals, and from a single source and a single set of protocols. The implementation a round robin laboratory set of tests based on these protocols Ongoing and further development of in vitro and in vivo protocols that take into consideration nanomaterial physicochemical properties and quantitative structure function relationships at the nanobio interface

11 SOPs 21 OECD Sponsorship Program Australia, Germany, Switzerland, EC Bundesamt für Umwelt BAFU 22

12 Neue Projekte 23 Germany NanoCare 24

13 Switzerland 25 DaNa New Project for the Knowledge Base COLLECTION, EVALUATION AND PUBLIC-ORIENTED PRESENTATION OF RELEVANT DATA AND FINDINGS RELATED TO NANOMATERIALS (DaNa) 26

14 DaNa New Project for the Knowledge Base 27 Von der Aktualität überrollt 28

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