Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben spezielle Eisenoxid-Nanopartikel zur Reinigung von Wasser entwickelt. Dieser „intelligente Rost“ kann je nach Beschichtung der Partikel viele Stoffe anziehen, darunter Öl, Nano- und Mikroplastik sowie das Herbizid Glyphosat, teilte die Universität mit.
Da die Nanopartikel magnetisch sind, könnten sie mit einem Magneten ganz einfach zusammen mit den Schadstoffen aus dem Wasser entfernt werden. Das Forschungsteam berichtet, dass es die Partikel so verändert hat, dass sie Östrogenhormone einfangen, die potenziell schädlich für Wasserlebewesen sind. „Unser intelligenter Rost ist billig, ungiftig und recycelbar“, sagte Prof. Marcus Halik vom Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Polymerwerkstoffe). „Und wir haben den Einsatz bei allen Arten von Verunreinigungen nachgewiesen und das Potenzial dieser Technik für eine drastische Verbesserung der Wasseraufbereitung aufgezeigt.“
Nanopartikel fangen Schadstoffe ein
Bereits seit vielen Jahren erforscht Haliks Forschungsteam den Angaben zufolge umweltfreundliche Möglichkeiten, Schadstoffe aus Wasser zu entfernen. Als Grundmaterial dienen Eisenoxid-Nanopartikel in superparamagnetischer Form: Das heißt, sie werden von Magneten angezogen, nicht aber voneinander, so dass die Partikel nicht verklumpen. Um sie „intelligent“ zu machen, entwickelte das Team eine Technik, um Phosphonsäuremoleküle an die nanometergroßen Kügelchen zu binden. „Nachdem wir eine Schicht der Moleküle auf die Eisenoxidkerne aufgetragen haben, sehen sie aus wie Haare, die aus der Oberfläche dieser Partikel herausragen“, sagt Halik. Indem die Wissenschaftler*innen dann ändern, was an der anderen Seite der Phosphonsäuren gebunden ist, könnten sie die Eigenschaften der Nanopartikeloberflächen so anpassen, dass sie verschiedene Arten von Schadstoffen stark adsorbieren.
Frühe Versionen des intelligenten Rosts fingen Rohöl aus Wasser aus dem Mittelmeer und Glyphosat aus Teichwasser ein, das die Forscherinnen und Forscher in der Nähe der Universität sammelten. Darüber hinaus zeigte das Team, dass der smarte Rost Nano- und Mikroplastik entfernen könne, das Labor- und Flusswasserproben zugesetzt wird.
Nach Rohöl, Glyphosat und Mikroplastik nun Hormone
Bisher konzentrierte sich die Gruppe nach eigenen Angaben auf Schadstoffe, die meist in großen Mengen vorhanden sind. Die Foschenden wollten wissen, ob er die Rost-Nanopartikel so modifizieren könnte, dass sie Spurenverunreinigungen wie Hormone anziehen. Wenn einige unserer körpereigenen Hormone ausgeschieden werden, werden sie ins Abwasser gespült und gelangen schließlich in die Gewässer. Natürliche und synthetische Östrogene sind eine solche Gruppe von Hormonen, und die Hauptquellen dieser Schadstoffe sind Abfälle von Menschen und Nutztieren, führt die Universität aus. Die Mengen an Östrogenen seien in der Umwelt sehr gering, daher seien sie nur schwer zu entfernen. Doch selbst diese Konzentrationen beeinflussten nachweislich den Stoffwechsel und die Fortpflanzung einiger Pflanzen und Tiere, obwohl die Auswirkungen niedriger Konzentrationen dieser Verbindungen auf den Menschen über lange Zeiträume noch nicht vollständig erforscht ist.
Östrogene haften an Rostpartikeln an
„Ich habe mit dem häufigsten Östrogen Östradiol begonnen und dann vier weitere Derivate mit ähnlichen Molekülstrukturen untersucht“, sagte Lukas Müller, Doktorand an der Universität. Östrogenmoleküle hätten einen sperrigen Steroidkörper und Teile mit leicht negativen Ladungen. Um beide Eigenschaften zu nutzen, beschichtete Müller den Angaben zufolge Eisenoxid-Nanopartikel mit zwei Gruppen von Verbindungen: einer langen und einer positiv geladenen. Die beiden Moleküle organisierten sich auf der Oberfläche der Nanopartikel, und die Forschungsgruppe geht davon aus, dass sie zusammen viele Milliarden winziger Taschen bilden, die das Östradiol ansaugen und an Ort und Stelle festhalten.
Vorläufige Ergebnisse zeigen effiziente Extraktion der Hormone
Da diese Taschen für das bloße Auge unsichtbar sind, habe Müller High-Tech-Instrumente verwendet, um die Existenz dieser Östrogen-einschließenden Taschen zu überprüfen. Vorläufige Ergebnisse zeigten eine effiziente Extraktion der Hormone aus Laborproben, aber die Forschenden müssten zusätzliche Experimente abwarten, um die Taschenhypothese zu überprüfen. „Wir versuchen anhand verschiedener Puzzleteile zu verstehen, wie sich die Moleküle tatsächlich auf der Oberfläche der Nanopartikel anordnen“, erklärte Müller.
