Innovative Materialien und neue Produktionsverfahren: Sicherheit im Lebenszyklus und der industriellen Wertschöpfung

InnoMat.Life untersuchte ausgewählte innovative Materialien im Lebenszyklus und betrachtete Materialeigenschaften, Freisetzung und ExpositionDialog schließenExpositionExpositionZum Glossareintrag sowie potentielle Gefahren für Mensch und Umwelt. Im Fokus standen drei innovative Materialklassen: (Nano-)Fasern; polydisperse Polymerpartikel für die additive Fertigung und Materialien mit komplexer Zusammensetzung und/ oder Morphologie. InnoMat.Life baute auf vorhandenem Wissen primär der Nanosicherheitsforschung auf und prüfte beispielsweise Anwendbarkeit/ Übertragbarkeit von vorhandenen Untersuchungsmethoden. Um nicht jede Materialvariante vollumfänglich einzeln untersuchen zu müssen, widmete sich InnoMat.Life der Entwicklung von Kriterienkatalogen zur Beschreibung der Ähnlichkeit sowie der Etablierung von Gruppierungsansätzen als übergeordnetem Projektziel. InnoMat.Life lieferte damit einen wichtigen Beitrag zur Risikobewertung der ausgewählten innovativen Materialien. Um die Projektziele zu erreichen, vereinigte InnoMat.Life Experten aus Wissenschaft, Behörden und Industrie. Die Erkenntnisse wurden nationalen und internationalen Gremien zur Verfügung gestellt, um eine regulatorische Anwendbarkeit der Befunde möglichst frühzeitig zu gewährleisten.

InnoMat.Life entwickelte für alle ausgewählten Materialklassen Gruppierungsansätze, formulierte Gruppierungshypothesen und wählte geeignete Gruppierungskriterien aus. Diese wurden mit ausgewählten Materialien überprüft. Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt.(Nano-)Fasern
Das Faserwirkprinzip beschreibt ein gut charakterisiertes morphologisches Wirkprinzip. Nanofasern stellen eine besondere Herausforderung dar. Dünne Nanofasern bilden Faserknäuel und zeigen keine charakteristische Faserwirkung. Derzeit sind Tierversuche für die regulatorische Prüfung erforderlich. Die meisten Vorgängerprojekte untersuchten Kohlenstoffnanoröhrchen (engl. carbon nanotubes, CNTs). InnoMat.Life untersuchte erstmals eine breitere Faserauswahl, einschließlich verschiedener Nanofasern. Das BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung beteiligte sich mit proteomischen Untersuchungen. Umfangreiche Veränderungen im Proteom von Zellen konnten nachgewiesen werden. InnoMat.Life lieferte einen wichtigen Beiträge zur Etablierung einer Faserprüf- und Bewertungsstrategie.Polydisperse Polymerpartikel für die Additive Fertigung (3D-Druck) Viele Polymere gelten als biokompatibel und können nach dem OECD „Polymers of Low Concern“ Konzept als Gruppe betrachtet werden. Inwieweit das Konzept auf Polymerpartikel übertragbar ist und welche Kriterien dann zu berücksichtigen sind, war zu Projektbeginn unklar. Im Fokus standen Polymerpartikel für die additive Fertigung, aber die Untersuchungen im Projekt sind auch relevant für die Bewertung von Partikeln aus der Umwelt, so genanntes Mikro- und Nanoplastik. Viele bisherige Studien untersuchten Polystyrol-Partikel. InnoMat.Life hat erstmals eine größere Auswahl unterschiedlicher Polymerpartikel systematisch untersucht.
Die experimentellen Arbeiten am BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung fokussierten sich auf Untersuchungen der Carrier-Hypothese, welche postuliert, dass die Polymerpartikel als Vehikel für Umweltschadstoffe fungieren könnten. Am BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung wurde zunächst eine innovative Analysenmethode entwickelt, die die indirekte Untersuchung der Anbindung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) an die Polymerpartikel ermöglichte (passive Gleichgewichts-Probenentnahme-Methode). Damit wurden 17 Polymervarianten untersucht. Die Sorption hing vor allem vom Polymertyp ab, wurde aber auch von anderen Partikeleigenschaften wie z.B. der Partikelgröße beeinflusst. Die Sorption von Umweltchemikalien wie PAKs erweis sich als geeigneter Gruppierungsparameter. Weiterhin wurde am BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung die Desorption in verschiedene in vitro Simulanzien für Verdauflüssigkeiten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante Menge der gebundenen PAKs desorbieren können. Außerdem wurden am BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung umfangreiche in vitro Untersuchungen zur Carrierhypothese durchgeführt. Alle Polymerpartikel zeigten in einem Screening keine zytotoxische Wirkung und keine intrinsische Partikelreaktivität auf. Der Carriereffekt wurde mit Benzo-[a]-pyren-beladenen (B[a]Pkurz fürPhosphor) PA-6 Partikeln in CaCo-2 Zellen untersucht. Ein Carrier-Effekt war nachweisbar, fiel allerdings sehr gering aus. Werden die Zellen mit einer ähnlichen Menge an B[a]Pkurz fürPhosphor allein bzw. in Ko-Exposition mit den Partikeln ohne vorherige Beladung behandelt, sind die Effekte deutlich höher.Es konnten zahlreiche wertvolle Methoden etabliert werden. Die umfangreichen Untersuchungen haben zudem  einen wichtigen Beitrag zur Risikobewertung von Mikro- und Nanoplastik geleistet. Materialien mit komplexer Zusammensetzung und/oder Morphologie Diese Materialklasse erwies sich als besonders herausfordernd. Am BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung wurden keine experimentellen Untersuchungen mit den ausgewählten Materialien durchgeführt. Das BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung beteiligte sich jedoch an der konzeptionellen Arbeit und an deren Vorstellung in relevanten Expertengruppen (z.B. OECD WPMN). Folgeprojekte wie das EU-Projekt HARMLESS bauen auf den Ergebnissen auf.
Zusammenfassend lieferte InnoMat.Life einen wichtigen Beitrag zur Risikobewertung aller ausgewählter innovativer Materialien.