Infomappe - Merck Jugend forscht - Merck KGaA

Kurzfassung Stand 15
Thema Nanopartikel – ein trojanisches Pferd?
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb
30 Jahre Jugend forscht @ Merck; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012
www.merck.de/jugend-forscht
Fachgebiet Chemie
Ursula Katharina Waschke (17) 35745 Herborn Johanneum-Gymnasium Herborn
Herborn
Liesa Röder (18) 35759 Driedorf-Roth Johanneum-Gymnasium Herborn
Herborn
Betreuung: Frau Sukkau
Ort der Projekterstellung: Johanneum-Gymnasium Herborn
Bei der Nanotechnologie handelt es sich um ein vergleichsweise neues Forschungsgebiet der Chemie und
verwandter Wissenschaften, deren Ergebnisse aber schon verbreitet Eingang in die Alltagswelt gefunden haben. So
werden Nanopartikel (Teilchen mit einer Größe von 1 bis 100 Nanometern) heutzutage schon Körperpflegemitteln und
Kosmetika zugesetzt oder finden sich z. B. in Schuhcreme.
In unserer experimentellen Arbeit sind wir der Frage nachgegangen, ob dies für den Konsumenten ausschließlich
vorteilhaft ist, oder ob nicht die Gefahr besteht, dass solche Nanopartikel bei Hautkontakt unbeabsichtigt in
Organismen aufgenommen werden können. Falls das der Fall ist, könnten sie anhaftende oder in ihrem Innern
angereicherte Stoffe in den Organismus einführen, und das könnte eventuell negative Folgen haben.
Zur Untersuchung dieser Möglichkeit haben wir zunächst, nach einer im Internet veröffentlichten internationalen
Forschungsarbeit, in unserem schulischen Chemielabor Nanopartikel herzustellen versucht. Die Überprüfung in
Kooperation mit der Universität Gießen (TEM-Aufnahmen) ergab, dass wir in einem aufwändigen Herstellungsverfahren
tatsächlich in der Lage waren, Nanopartikel herzustellen.
Anschließend haben wir diese mit einem Fluoreszenzfarbstoff (Rhodamin) markiert und in lebende Zellen
eingeschleust. Dabei haben wir unter anderen mit der Anzucht von Einzellern (Pantoffeltierchen) und verschiedenen
Pflanzen (Hyazinthen, Wasserpest) experimentiert, bis wir nach vielen Untersuchungen die Küchenzwiebel (Allium
cepa) als das am besten geeignete Untersuchungsobjekt herausfanden. Hier wurden Wurzelzellen untersucht, die bei
der Anzucht auf Wasser mit farbmarkierten Nanopartikeln in Kontakt gekommen waren. Zum Vergleich wurden
Blindproben mit reinem Wasser bzw. mit in Wasser gelöstem Farbstoff durchgeführt.
Der technisch äußerst schwierige Nachweis der Nanopartikel in den Zellen bereitete uns die größten Probleme. Nach
einigen weniger erfolgreichen methodischen Versuchen (Fluoreszenznachweis bzw. mit Hilfe der Absorptions-
Spektroskopie) wurde die Methode der mikroskopischen Untersuchung von Wurzelquerschnitten gewählt.
Das Ergebnis unserer Untersuchung ist, dass in den Ansätzen mit farbmarkierten Nanopartikeln optisch tatsächlich
eine Aufnahme in die Wurzelzellen und in den Leitungsbahnen nachweisbar ist. Man kann die Rotfärbung auf der
Zellebene gut erkennen, obwohl das Wasser zur Anzucht selbst vom Aussehen her absolut farblos ist. In den
Vergleichsansätzen mit dem in Wasser gelösten Rhodamin (deutliche Rotfärbung der Anzuchtlösung) findet sich auch
nach den gleichen Zeiten eine Färbung, was aber der normalen Aufnahme von wasserlöslichen Farbstoffen im
Rahmen des Wassertransports entspricht.
Da das Rhodamin an die Nanopartikel gekoppelt ist, beweist das Vorhandensein von gefärbten Zellen in der Wurzel
aus farbloser Anzuchtlösung die Aufnahme der Nanopartikel. Damit ist unserer Meinung nach bewiesen, dass
Nanopartikel in lebende Zellen aufgenommen werden können, zumindest bei Allium cepa und Elodea canadensis.
Das Gleiche könnte aber auch in unserer Umwelt passieren, entweder direkt über die Haut (wozu wir allerdings durch
unsere pflanzlichen Versuchsobjekte keine Aussage machen können) oder auf dem Umweg über die Nahrungskette,
falls Abwässer auf einen Nutzgarten kommen. Mit den Nanopartikeln könnten dann auch verschiedene Stoffe in
Organismen eingeschleust werden, so wie in unseren Experimenten der Farbstoff Rhodamin.
- 34 -