Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gefährlichkeit neu eingestuft: Empa-Röntgenexperte «entschlüsselt» Dieselruss

06.08.2012
Seit Juni 2012 ist es amtlich: Die Weltgesundheitsorganisation WHO stuft Dieselruss als Erreger von Lungenkrebs ein. Artur Braun, Physiker an der Empa und Experte für Röntgenspektroskopie, hat massgeblich dazu beigetragen, Struktur und Zusammensetzung von Russpartikeln zu analysieren.

Feinstaub ist gefährlich – diese Erkenntnis ist nicht neu. Doch was macht am Feinstaub die Gefahr aus? Ist es nur der Dieselruss aus Motoren? Kommt die Gefahr auch vom holzgefeuerten Cheminée im Ferienhaus? Oder gar vom fettqualmenden Fritteusendunst aus dem Restaurant nebenan?


Fett-schwarzer Dieselruss aus dem Auspuff eines US-Trucks (Bild: US-Umweltbehörde EPA)

Diese nahe liegenden Fragen waren lange Zeit eine rechte Knacknuss für die Wissenschaft. Wohl liess sich russiger Feinstaub in Filtern einsammeln und die chemischen Bestandteile wurden analysiert. Doch die Frage blieb: wo genau steckt die Gefahr? Sind es die Russpartikel selbst, die Menschen krank machen? Oder sind es Giftstoffe, die der Russ mit sich trägt – wie ein vollgesogener Schwamm?

Qualm ist nicht gleich Qualm

Das norwegische Gesundheitsministerium («Norwegian Institute of Public Health») wollte der Sache nachgehen und bat Artur Braun um Unterstützung. Vor seiner Zeit bei der Empa hatte der Forscher an der Universität von Kentucky gearbeitet und dort 2002 erstmals Russpartikel mit Hilfe von weicher Röntgenstrahlung an einem Synchrotron analysiert. Ergebnis: Dieselpartikel, die unter hohem Druck und grosser Hitze im Motor «geboren» wurden, besitzen ein Gerüst aus Graphit – das ist im Röntgenlicht deutlich zu sehen. Bei Russpartikeln aus Holzfeuern, die unter milden Atmosphärenbedingungen entstanden, fehlt dieses Graphit-Gerüst. Auch die chemischen funktionellen Gruppen unterschieden sich: Im Dieselruss fanden sich Carboxylgruppen, wie sie auch an Ameisensäure- und Essigsäuremolekülen vorkommen; im Holzrauch fand Braun Hydroxylgruppen wie an Methanol und Ethanol. Qualm ist also nicht gleich Qualm.

Getrennt analysieren, vereint bekämpfen

Die norwegischen Toxikologen gingen nun einen Schritt weiter und liessen die Russpartikel mit Hilfe von Lösungsmitteln von den anhaftenden chemischen Giftstoffen bei Brauns Kollegen an der «University of North Dakota» trennen. Dann analysierte Braun die Bestandteile einzeln im Röntgenlicht: erst die «nackten» Russpartikel, danach die Lösung mit den mutmasslich Krebs erregenden Giftstoffen, die zuvor am Russ gehaftet hatten. Wieder fand Braun verschiedene funktionelle Gruppen am Kohlenstoffgerüst und konnte sie mit den Befunden seiner früheren Forschungsarbeit vergleichen.

Zugleich testeten die Toxikologen, welche Wirkung die beiden Fraktionen der Russpartikel auf menschliche Lungenzellkulturen haben. Erstmals wurde also getrennt untersucht, was am Russ so gefährlich ist. Die Studie, die kürzlich im Fachblatt «Toxicology Letters» erschien, ist nach Meinung von Braun die erste, in der die Methode der Röntgenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) mit Methoden der toxikologischen Forschung kombiniert worden war.

Die WHO reagiert

Das Ergebnis der Studie fiel eindeutig aus: Die «nackten» Russpartikel lösten in Zellkulturen einen genetischen Entgiftungsmechanismus aus. Die Zellen waren also angegriffen worden. Aber auch die ausgewaschenen, vorher am Russ haftenden Stoffe zeigten Wirkung: Sie verursachten Entzündungsreaktionen in den Zellen und agierten zudem als Zellgift. Zeitgleich reagierte die Weltgesundheitsorganisation WHO. Mehrere neue Studien – so auch die von Braun und seinen Kollegen aus Norwegen und den USA – hatten auf die Krebs erregende Wirkung von Russ hingedeutet und die Mechanismen hinreichend erklärt.

Nun konnte nicht mehr, wie seit 1988, von wahrscheinlicher Krebsgefahr («probably carcinogenic to humans») gesprochen werden. Die Neu-Einstufung folgte am 12. Juni 2012. Dieselruss gilt jetzt als erwiesenermassen («based on sufficient evidence») Lungenkrebs erregend; eine gewisse Wahrscheinlichkeit deutet ausserdem darauf hin, dass Dieselruss ebenfalls das Risiko von Blasenkrebs erhöht.

Röntgenforschung an der Empa – Messungen in Berkeley und Stanford

Physiker Braun wendet sich nun – nach seiner «Amtshilfe» für die Gesundheitsforschung – wieder seiner Aufgabe als Gruppenleiter in der Empa-Abteilung «Hochleistungskeramik» zu und arbeitet auch in dieser Position weiter an Synchrotronen in den USA und in Europa. Regelmässig ist er an der Strahlenquelle ALS in Berkeley (Kalifornien) und am Stanford Synchrotron (SSRL) für Messungen. Für die Empa nutzt der Experte die Methoden der Synchrotronstrahlung für die Materialforschung an Energiespeichern und -wandlern.

Derzeit ist eine weitere Veröffentlichung zum Thema Feinstaub aus Holzverbrennung in Vorbereitung, zu der Braun ebenfalls entscheidende Beiträge geleistet hat. Die Zusammenarbeit der Disziplinen wird damit nicht enden. «Das medizinisch-wissenschaftliche Potenzial der Synchrotronmethoden für die Analyse der biologischen Wechselwirkung von Zellen mit pathogenen Substanzen ist bei weitem noch nicht ausgereizt», sagt Braun.

Literaturhinweise
A. Braun, F.E. Huggins, A. Kubátová, S. Wirick, B.S. Mun, J.M.D. Mcdonald, M.M. Maricq, K.E. Kelly, N. Shah, G.P. Huffman, Towards distinguishing wood-smoke and diesel exhaust in ambient particulate matter, Environmental Science & Technology 2008, 42(2) 374-380, pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es071260k

A.I. Totlandsdal, J.-I. Herseth, A. Kocbach Bølling, A. Kubàtovà, A. Braun, R. E. Cochran, M Refsnes, J. Øvrevik, M. Låg, Differential effects of the particle core and organic extract of diesel exhaust particles, Toxicology Letters 2012, 208 (3), 262–268, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378427411016018

WHO, International Agency for Research on Cancer, Press Release 213, 12.6.2012, press.iarc.fr/pr213_E.pdf

Sabine Voser | EMPA
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378427411016018
http://press.iarc.fr/pr213_E.pdf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung
13.07.2018 | Fachhochschule Südwestfalen

nachricht 3D-Druck: Stützstrukturen verhindern Schwingungen bei der Nachbearbeitung dünnwandiger Bauteile
12.07.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics