Projekt LENA Lebensmittel und Nanotechnologie

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1 Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit Projekt LENA Lebensmittel und Nanotechnologie Richard Winterhalter Sachgebiet Chemikaliensicherheit und Toxikologie Kontakt: Chancen und Risiken der Nanotechnologie: Sicherheitsforschung in Bayern 13. Dezember 2

2 Möglicher Einsatz von Nanopartikeln Lebensmittelzusatzstoffe TiO 2 E 171 SiO 2 E 551 Aluminiumsilikate E 554, E 556, E 559 (Kaolin) Silber E 174 Photo: Frans Kampers Gold E 175 Nahrungsergänzungsmittel Liposome als Wirkstofftransporter für Vitamine etc. Mineralien in Nanometergröße Kolloidales Wasser Silberwasser Quellen: Woodrow Wilson Center - Project on emerging nanotechnologies Verbraucherzentrale Hamburg BEUC (Europäische Verbraucherorganisation) BUND Bericht 28: Aus dem Labor auf den Teller Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 2

3 E 551: Pyrogene Kieselsäure (SiO 2 ) Rieselhilfe z.b. bei Kochsalz (wasserbindender Effekt von SiO 2 ) Fliessmittel z.b. im Ketchup Nanometer Mikrometer Abbildung: Wacker Chemie AG Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 3

4 Liposomen, Mizellen Novasol (Aquanova) Vitamin E Vitamin A Vitamine A,D,K,E Coenzym Q Ascorbinsäure water-soluble AQUANOVA tocopherol solubilisate water-soluble AQUANOVA retinol solubilisate Ziel: Einbringen wasserunlöslicher Stoffe (z.b. in Limonade (β-carotin)) Verkapselung geschmacklich störender Stoffe (z.b. ω-3- Fettsäuren) Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 4

5 Nahrungsergänzungsmittel Vitamine, Enzyme Mineralien Kieselsäure und SiO 2 Nanosan - Nanosilizium Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 5

6 Kolloidales Silber (Silberwasser, Nanosilber) Nanoskaliges Silber gibt kontinuierlich Silberionen ab und wirkt dadurch antibakteriell Esoterik/Alternativmedizin-Anwendungen Auszug aus der Werbung: Echtes kolloidales Silber. daher ist es wichtig, hoch konzentriertes colloidales Silber zu verwenden, um zu gewährleisten, daß es auch in den unteren Darmtrakt gelangt und dort unerwünschte Bakterien vernichtet Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 6

7 Gesundheitliche Risiken der Nanopartikel Orale Aufnahme Ergebnisse aus Tierversuchen: -Metall- und Metalloxid-NP nach oraler Gabe in fast allen Organen gefunden -Anreicherung von Silber-NP in verschiedenen Organen (Nieren, Leber, Gehirn, Lunge und Hoden). In hohen Dosen Hemmung der Blutgerinnung, erhöhter Cholesterinspiegel und Wucherungen in der Leber -Forschungsbedarf zur Risikoabschätzung -Vergleichbarkeit der Studien schwierig (Größe, Oberfläche und Chemie der Nanopartikel, Agglomeratbildung) - Umfangreiche, genaue Charakterisierung der Nanopartikel notwendig Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 7

8 Projektziele von LENA Modul 1: Nanopartikel-Migration aus Verpackungen in Lebensmittel Fraunhofer Institut Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) Freising Produktsicherheit und Analytik Roland Franz, Gerd Wolz, Diana Kemmer Modul 2: Analytik und Charakterisierung von Nanomaterialien in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln Sind in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln Nanopartikel enthalten? Wie können diese Partikel analysiert werden? LGL Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 8

9 Methoden zur Charakterisierung von Nanopartikeln am LGL Trennmethode AF4 Analyse des gesamten Kollektivs von Partikeln (Größenverteilung) Abbildende Methode (REM) Einzelpartikelanalyse Form, Größe Chemische Zusammensetzung (EDS) Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 9

10 Trennprinzip AF4 (asymmetrischer Fluss-Feldflussfraktionierung) Laminares Strömungsprofil Feldfluss Diffusion Membran Poröse Fritte Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

11 Messgerät Lösungsmittel-Entgaser Trennkanal Slot-Pumpe HPLC-Pumpe Fraktionensammler Lichtstreu-Detektor HPLC-Pumpe UV-Detektor Spritzenpumpe (Querfluss) Autosampler Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 11

12 Latex Standard-Partikel (9,5 nm, 29 nm und nm) BIC 35 BIC 9 BIC 145 Radius 1, Detector Signals [V] Time [min] Differential,5,45,4,35,3,25,2,15,1,5 2 3 Radius [nm] 4,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Cumulative 35 3 Retentionszeit (min) y =,4627x + 7,184 R 2 =,9998 y =,4348x + 6,842 5 R 2 =, Radius (nm) Linearer Zusammenhang von Partikelradius und Retentionszeit Vergleich experimenteller mit nominellen Radien (lt. Hersteller) Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 12

13 Von den Rohdaten zur Größenverteilung SiO 2 (pyrogene Kieselsäure) Beispiel: Levasil 3/3 (Akzo Nobel) Quelle: Wacker Chemie AG Streulicht im Winkel von 35, 9, 145 Fraktogramm Größenverteilung 6 BIC 35 BIC 9 BIC 145,9,8 Radius 1,,9 Detector Signals [V] Time [min] 8 Partikelradius Streulicht 9 Differential,7,6,5,4,3,2,1 2 3 Radius [nm] 4,8,7,6,5,4,3,2,1 Cumulative Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 13

14 Natürliche Nanopartikel (Fettmizellen, Polysaccharide, Proteine) Detector Signals [V] Detector Signals [V] BIC 35 BIC 9 UV Time [min] BIC 35 BIC 9 UV 6 7 Differential Differential Radius Radius [nm] Radius Cumulative Cumulative Wie kann man natürliche von synthetischen Nanopartikeln unterscheiden? Weitere Methoden zur Charakterisierung der aufgefangenen Fraktionen notwendig (ICP-MS, REM- EDS) 2 3 Time [min] 4 1 Radius [nm] 2 2 Detector Signals [V] 1 BIC 35 BIC 9 UV Time [min] 6 7 Differential Radius 1 Radius [nm] Cumulative Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 14

15 Nanopartikel in Silberwasser Fraktogramm Größenverteilung Radius / BIC 9 Radius Radius [nm] Streulicht 9 Partikelradius Detector Signal[V] Differential Time [min] Radius [nm] 6 7 Nanopartikel vorhanden Silberkolloide nicht stabil (Agglomeration im Laufe der Zeit) Keine einheitliche (monodisperse) Größenverteilung Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 15

16 Ausblick Wie lassen sich natürliche von synthetischen Nanopartikeln unterscheiden? REM mit EDS Was passiert mit Nanopartikeln wenn sie oral aufgenommen werden? Veränderung der Nanopartikel im Verlauf der Magen-Darm-Passage? (Welche Rolle spielen ph-abhängigkeit, Verdauungsenzyme, Salzgehalt auf Agglomeration der Partikel?) Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit 16