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Nanoreinigung von Wasser und Boden

08.08.2015

Chemische Schadstoffe erweisen sich oft als schwer fassbar und schwer zu zerstören – die Moleküle vieler Pestizide und beispielsweise Bisphenol A, das bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet wird, sind unter normalen Bedingungen sehr widerstandsfähig gegen Zersetzung, so dass die Reinigung von Wasser und Boden von solchen Stoffe wird zu einer sehr teuren und zeitaufwändigen Angelegenheit: Schließlich gilt es hier, Schadstoffe irgendwie aus der Umwelt aufzufangen, um sie später durch spezielle Methoden zu vernichten.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben spezielle Nanopartikel geschaffen, die den Kampf gegen solche Schadstoffe stark vereinfachen könnten. Ferdinand Brandl (Ferdinand Brandl), Nicolas Bertrand (Nicolas Bertrand) und ihre Kollegen synthetisierten eine Polymersubstanz aus Polyethylenglykol und Polymilchsäure - die erste ist Bestandteil von Augentropfen, Zahnpasten, Abführmitteln usw. und daher harmlos und der zweite dient als einer der Hauptbestandteile von biologisch abbaubarem Kunststoff. Nanopartikel aus einem solchen Polymer bestehen aus einem hydrophoben Kern und einer hydrophilen Hülle; Aufgrund molekularer Kräfte bleiben hydrophobe Verunreinigungen, die versuchen, an die innere Schicht des Nanopartikels zu gelangen, an seiner Oberfläche haften.

Aber in dieser Form bleibt der Schadstoff in Lösung, auch wenn er an den Nanopartikeln haftet. Der Trick besteht darin, dass das Polymer, aus dem die Partikel bestehen, unter Einwirkung von UV-Strahlung zerstört wird, sodass die hydrophile Hülle verschwindet und der hydrophobe Kern entfaltet, „explodiert“ – er wird nicht mehr durch die hydrophile Hülle stabilisiert, was bedingt ist Wechselwirkung mit Wasser, hielt das Innere des Teilchens in einem kompakten Zustand. Geblähte Partikel mit anhaftenden Schadstoffmolekülen verkleben, wodurch ein ziemlich großes supramolekulares Aggregat entsteht. Nur sind solche Aggregate im Gegensatz zu einzelnen Schadmolekülen und einzelnen Partikeln leicht zu sammeln: Sie können durch Zentrifugation ausgefällt oder beispielsweise einfach filtriert werden.

Mithilfe dieser Nanopartikel konnten Wissenschaftler Lösungen reinigen, die Phthalate und Bisphenol A enthalten, die hormonelle Signalwege stören; Die Partikel erwiesen sich auch als wirksam bei der Reinigung des Bodens von aromatischen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen, die bei der unvollständigen Verbrennung verschiedener Kraftstoffarten entstehen und die bekanntermaßen starke Karzinogene sein können. Das entfaltete Polymer kann sich nicht zu einem Nanopartikel zurückfalten, und wenn sich der Polymer-Mikroklumpen aus irgendeinem Grund nicht absetzt und herausfiltert, dann wird er aus biologisch abbaubarem Material mit der Zeit zusammenbrechen, das heißt, es wird keine zusätzliche Verschmutzung geben.

Ein großes Plus der Methode ist ihre Einfachheit: Die Substanz von Nanopartikeln wird bei Raumtemperatur synthetisiert, sie müssen nicht modifiziert werden (sie reißen Substanzen unspezifisch aus der Lösung und eignen sich für alle hydrophoben Chemikalien), die Reinigung erfolgt ohne Aufwand mehrstufige Verfahren.

Darüber hinaus ermöglicht ein ausreichend großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, dass eine kleine Anzahl von Nanopartikeln viele schädliche Moleküle einfangen kann. Nach dem ursprünglichen Gedanken der Autoren der Arbeit sollten solche Partikel das Medikament an Krebszellen abgeben, aber der Stolperstein war die Notwendigkeit von ultraviolettem Licht, das erstens nicht gut durch die Haut geht und zweitens schädigt die DNA in diesen Zellen, einschließlich gesunder, zu denen er gelangt ist.

Doch nicht nur bei der Reinigung der Umwelt von Schadstoffen, sondern auch in der Medizin, der Pharmakologie, der analytischen Chemie und sogar in der Lebensmittelindustrie kann die Methode Anwendung finden: So lässt sich beispielsweise durch sich entfaltende und haftende Nanopartikel Koffein entfernen koffeinfreien Kaffee zubereiten.

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