Hoe nanomaterialen veranderen in het milieu
Uit onderzoek blijkt dat nanomaterialen complexe transformaties ondergaan zodra ze in het milieu terechtkomen. Het kan hierbij gaan om biologische, fysische of chemische transformaties die worden beïnvloed door de specifieke kenmerken van de materialen en door de omgevingsomstandigheden.
Nanomaterialen kunnen in elk stadium van hun levenscyclus in het milieu terechtkomen, al bij de productie van de grondstof, tijdens het gebruik van een product dat nanomaterialen bevat of wanneer dat product wordt gerecycled of tot afval wordt verwerkt. Het materiaal kan direct vrijkomen, bijvoorbeeld bij het zwemmen met zonnebrand dat een nanomateriaal bevat, maar ook indirect via technische systemen zoals afvalwaterzuiveringsinstallaties.
Om te begrijpen hoe verschillende nanomaterialen zich in verschillende milieuomstandigheden gedragen, moet er worden gekeken naar hun chemische, fysische en biologische veranderingen.
Transformatieprocessen zijn complex en vinden gelijktijdig plaats
De wijze waarop nanodeeltjes veranderen in het milieu hangt af van hun unieke samenstelling, die bepaald wordt door hun afmetingen, kernsamenstelling en oppervlaktebehandeling (ook coating of “capping” genoemd). Deze parameters zijn sterk bepalend voor hun stabiliteit, oplossing of samenklontering en kunnen leiden tot getransformeerde materialen met een ander gedrag.
De invloed van omgevingsomstandigheden zoals temperatuur, de aanwezigheid van verschillende zouten of andere organische en anorganische deeltjes maakt de transformatie van nanodeeltjes nog complexer.
En ten slotte heeft de interactie met organismen gevolgen voor de specifieke transformatiereacties. Deze interactie werkt in twee richtingen, waarbij deeltjes en organismen elkaar beïnvloeden. Denk bijvoorbeeld aan detoxificatiereacties waardoor belangrijke kenmerken van de deeltjes veranderen.
De fysische, chemische en biologische transformatieprocessen vinden onmiddellijk na het vrijkomen plaats, zeer vaak zelfs gelijktijdig, en beïnvloeden het transport, de mobiliteit, het opnamepotentieel in organismen en de interactie met organismen. De wisselwerking tussen deze processen en het transport van nanodeeltjes bepalen het milieutraject en uiteindelijk het ecotoxicologische potentieel ervan.
Hoe zit het met de biologische afbraak van organische nanomaterialen en oppervlaktecoatings?
Biologische afbraak is een natuurlijk proces in het milieu waarin micro-organismen organisch materiaal afbreken om biologisch essentiële elementen te recyclen.
Dit beginsel van biologische afbraak is ook van toepassing op organische chemische stoffen. Hoe sneller de biologische afbraak van een chemische stof verloopt, hoe beter, omdat de stof dan sneller uit het milieu verdwijnt en minder schade kan veroorzaken. Daarom is het bij de beoordeling van chemische gevaren verplicht de mogelijke persistentie te onderzoeken aan de hand van reeds lang bestaande standaardtests (bv. OESO-testrichtlijnen) om de biologische afbreekbaarheid van een chemische stof te bepalen.
Net als voor elke “conventionele” chemische stof is het daarom van cruciaal belang of en hoe organische nanomaterialen of coatings biologisch worden afgebroken wanneer ze in het milieu terechtkomen. In het licht van de unieke eigenschappen van nanomaterialen bestuderen onderzoekers de geschiktheid van bestaande standaardtests om de biologische afbreekbaarheid van deze materialen te analyseren.
Hoewel er eerste aanwijzingen zijn dat de bestaande testmethoden in beginsel werken, moet er meer worden gedaan om technologische verbeteringen tot stand te brengen die rekening houden met nanospecifieke eisen, in plaats van bestaande tests te wijzigen of nieuwe methoden te ontwikkelen.