Met een ERC Grant de toxiciteit van nanomateriaal in het ecosysteem voorspellen
Milieuwetenschapper Martina Vijver is dolblij met haar ERC Consolidator Grant. Deze prestigieuze beurs geeft erkenning, zo vindt ze, voor het bestuderen van het gedrag en de mogelijke toxiciteit van nieuwe nanomaterialen in biologische leefgemeenschappen.
Nieuwe nanomaterialen worden veelvuldig ingezet om producten te verbeteren, bijvoorbeeld om de krasbestendigheid te verhogen of de producten lichter, sneller of sterker te maken. Nanomaterialen zijn veelal effectiever dan andere materialen. Maar zijn ze ook veilig? Naar het antwoord op die vraag gaat Martina Vijver, hoogleraar Ecotoxicologie bij het Centrum voor Milieuwetenschappen Leiden, op zoek.
Impact op het hele ecosysteem
Vijver licht toe welk onderzoek met haar kersverse ERC Consolidator Grant is gehonoreerd: ‘De huidige screening van nieuwe materialen gebeurt vaak met kortlopende, acute testen op standaardsoorten van kleine organismen en celsystemen. We weten echter dat acute toxiciteit van nanomaterialen nauwelijks optreedt; juist op de langere termijn zijn er effecten te verwachten. Daarnaast is het zeer van belang om naar de impact op hele ecosystemen te gaan kijken. Welke interacties raken verstoord?’
Unieke eigenschappen
Een nanometer is een miljoen keer zo klein als een millimeter. Bijna iedere chemische stof kan nu op de nanoschaal vervaardigd worden. Daardoor hebben ze allemaal een chemisch werkingsmechanisme en daarnaast vertonen de deeltjes bepaald gedrag, het zogeheten colloïde gedrag. De nanomaterialen vormen in water een suspensie. Om een blootstellingsdosis te beschrijven, moet niet alleen massa (concentratie) bekeken worden, maar moet ook het karakteristiek van nanodeeltjes, zoals grootte of lading, en de hoeveelheid deeltjes worden meegenomen.
Snelle adsorptie
Nanomaterialen zijn vaak erg reactief door de grote oppervlakte/volumeratio: kleine cellen hebbenin verhouding tot grotere een groter oppervlak. Hierdoor kunnen ze makkelijk voldoende stoffen met de omgeving uitwisselen om in leven te blijven. Ze hebben ook een sterk hechtend vermogen en kunnen gaan samenklonteren. Ook hechten ze aan bodem en planten, algen, bacteriën en beestjes. Daardoor kunnen ze anders door de voedselwebben in het ecosysteem bewegen dan opgeloste chemische stoffen.
Vernieuwde principes
Vijver: ‘Aangezien nanodeeltjes anders zijn en anders werken, moeten de risico-inschattingen van de schadelijke effecten volgens geheel vernieuwde fundamentele principes worden onderzocht. Het is van belang om zowel de positieve als de ongewenste effecten van nanomaterialen te bestuderen.’ De nanotechnologie is nu nog een jong vakgebied, dus is het mogelijk risico-inschattingen te maken vóórdat er enorme emissies zijn; dat is uniek en anders dan met de plasticvervuiling en vele chemische vervuilingen waarvan pas na jaren de effecten te zien waren. Vijver kan nu met 2 miljoen euro vijf jaar nanomaterialen onderzoeken. ‘Deze onderzoeksbeurs is fantastisch!’
Labwerk…
In het lab gaat Vijver bekijken hoe de nanomaterialen zich gedragen, waarbij ze de snelheid van uiteenvallen en oplossen, en de samenklontering van deeltjes gaat beschrijven. Ook de adsorptie van de nanomateralen versus het opnemen (absorptie) van nanomaterialen door individuele soorten waterorganismen beschrijft ze.
… en veldwerk
In het ‘Levend Lab’ – de slootjes die het CML met behulp van crowdfunding voor onderzoek kon laten graven - gaat Vijver het hele ecosysteem bestuderen. Daarbij gaat het om de ecologie, de interactie tussen de organismen. Vijver: ‘Ik ga dus niet alleen kijken hoe de nanomaterialen individuele organismen aantasten maar ook hoe dat een direct effect heeft in de voedselketen en of er bijvoorbeeld een indirect effect is waarbij de adsorptie van nanomaterialen de ecologische relaties verstoort.’ Daarna gaat ze ecologische modellen koppelen aan verspreidings- en effectmodellen waardoor voorspellingen mogelijk worden.
Oproep
Vijver roept op: ‘Als je als wetenschapper nieuwe materialen – van synthetische stoffen tot materialen en proteïnen – ontwerpt, denk dan ook aan het testen van niet-gewenste effecten.’ Collega-wetenschappers kunnen altijd contact met haar opnemen.
Pleidooi
‘Ecosystemen hebben een intrinsieke waarde die we moeten beschermen’, stelt Vijver. De naam van het project ECOWIZARD is geïnspireerd door het inzetten van ecologie in het vakgebied van ecotoxicologie. Verder is het een knipoog naar het boek van journalist Charles Mann, The profit and the wizard. Vijver: ‘Hij beschrijft hoe we onze planeet leefbaar kunnen houden en toont daarin het technocratische pad en, tegengesteld daaraan, het ecologische pad. Dat is heel inspirerend. Maar zelf vind ik dat duurzame, ecologische oplossingen wel degelijk kunnen samengaan met (eco)technologie. Je moet dan wel de stap durven zetten om de veiligheid van nieuwe materialen uitgebreider te testen, dus ook in omgevingen waar ze in eerste instantie niet voor zijn bedoeld en op concentraties die buiten de toepassing voor kunnen komen.’
Mail de redactie
Tekst: Corine Hendriks/Martina Vijver