Online-Plattform für eine bessere Nanomaterialentwicklung und Risikobewertung
Angesichts von 300 verschiedenen technisch hergestellten Nanomaterialien auf dem europäischen Markt, besteht eine wesentliche Herausforderung für die Industrie und Aufsichtsbehörden darin, zu verstehen, wie sich die verschiedenen Nanomaterialanforderungen im Hinblick auf die Größe, Form und Oberflächenchemie voneinander unterscheiden, um diese gemäß Definition in der europäischen Chemikalienverordnung REACH als charakteristische Nanoformen oder als Satz von Nanoformen klassifizieren zu können. Die jeweiligen Oberflächeneigenschaften sind stark mit der Toxizität der Materialien verbunden. Eine Gefahren- und Risikobewertung ist entscheidend, um das volle Potenzial der Materialien guten Gewissens ausschöpfen und um öffentlichen Bedenken in Bezug auf die Sicherheit von Nanotechnologieprodukten entgegentreten zu können. Bislang waren die Forschungsdaten im Bereich der Nanosicherheit fragmentiert und unzugänglich, was die Entwicklung und Bewertung neuer, sicherer Materialien erheblich behinderte.
Integrierter Ansatz für die Prüfung und Bewertung von Nanomaterial
Iseult Lynch, Professorin an der Universität Birmingham und Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts NanoCommons erklärt hierzu: „Das Gebiet der Nanotechnologiesicherheit und die offene wissensbasierte Wirtschaft Europas erfordern die Übertragung wissenschaftlicher Entdeckungen in den gesetzlichen Rahmen und in industrielle Anwendungen für Materialien, die durch Design sicher(er) sind. Dies lässt sich nur durch konzertierte Maßnahmen für die Integration, Kommentierung und den einfacheren Zugang zu den derzeit uneinheitlichen und kaum zugänglichen Datensätzen über den Verbleib und die Toxizität von Nanomaterialien in Bezug auf Mensch und Umwelt und deren Weiterverwendung erreichen.“ Um diese Lücke zu schließen, entwickelte und implementierte NanoCommons eine Wissensinfrastruktur, welche die Harmonisierung von Nanoinformatikmethoden und -daten für die Modellierung, die inhärent sichere Produktentwicklung und behördliche Zulassung erleichtert. Die Nanoinformatikinstrumente von NanoCommons bieten Dienste und wichtige Ideen, Konzepte und Arbeitsabläufe, die sich in in-chemico-, in-vitro- und in-silico-Versuche für die folgenden vier Bereiche integrieren lassen: Gestaltung und Umsetzung experimenteller Arbeitsabläufe, Verarbeitung und Auswertung von Daten, Datenvisualisierung und Toxizitätsvorhersage sowie Datenspeicherung und Online-Zugriff. Diese Vorhersagemodelle werden dabei helfen, die kostenintensiven Tierversuche zu ersetzen, die derzeit ein wesentlicher Bestandteil der Risikobewertung von Chemikalien und Vorschriften sind. Abgesehen davon, sowohl Daten als auch Nanoinformatikansätze einer größeren Wissenschaftsgemeinde zur Verfügung zu stellen, erreichte NanoCommons einen Geisteswandel in der Verwaltung und gemeinsamen Verwendung von Daten, in der Verwendung von Analyse- und Modellierungsinstrumente und in der Durchführung gemeinsamer Forschung. Zu den wichtigsten eingeführten Konzepten zählt eine spontane Datenverwaltung, bei der die Daten zum Zeitpunkt der Erstellung in strukturierter und einheitlicher Weise erfasst werden. „Ein wichtiges Konzept, das im Rahmen von NanoCommons entwickelt wurde, ist das des Datenhirten. Dessen Rolle besteht darin, die Daten zusammen mit allen Metadaten, die für ihre Weiterverwendung erforderlich sind, von der Konzeption bis zur Deponierung in einem auffindbaren, zugänglichen, interoperablen und weiterverwendbaren (und idealerweise offenen) Datendepot zu ,hüten‘“, bemerkt Lynch. Alle NanoCommons-Dienste und dazugehörigen Schulungsmaterialien finden sich in einer (i) Wissensdatenbank, (ii) in einer Gebrauchsanleitung, (iii) in Instrumenten/Diensten und (iv) in Schulungsmaterialien. Der Wissensaustausch und die Inhaltsaktualisierung zu den jeweiligen Ressourcen werden durch Folgeprojekte wie NanoSolveIT und WorldFAIR durchgeführt.
Einfachere Suche nach Nanomaterialien
NanoCommons entwickelte und veröffentlichte zudem das Konzept für eine Erweiterung der IUPAC-Nomenklatur (InChI) auf Nanomaterialien, die auch als NInChI bezeichnet wird. Die erste Umsetzung eines Prototyps für diese neue strukturelle Repräsentation von Nanomaterialien kodiert die chemische Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Kristallinität und Chiralität von mehreren Nanomaterialien, während gleichzeitig komplexe Kern-Schale-Strukturen charakterisiert werden. Alles in allem sieht Lynch die wissenschaftlichen Fragestellungen für die Nanomaterialentwicklung als herausfordernd, aber äußerst wichtig an: „Nanomaterialien definieren sich nicht nur durch ihre einzigartige Atomanordnung, sondern auch durch ihre physikochemischen Eigenschaften. Letztgenannte hängen zum Teil von der Umwelt ab und sind meistens Ensemblemittelwerte. Die NInChI-Nomenklatur stellt somit den neuesten Stand in der Harmonisierung von Nanomaterialien dar, die Benutzerinnen und Benutzern die eindeutige Bezugnahme auf spezifische Nanomaterialien und den Vergleich unterschiedlicher Nanomaterialien ermöglicht. NInChI soll als dauerhafte Nomenklatur in Publikationen, Datenbanken und Modellen verwendet werden.“
Schlüsselbegriffe
NanoCommons, Nanoinformatik, Nanomaterialentwicklung, Nanosicherheit, Toxizitätsvorhersage, International Chemical Identifier, InChI
