Mikroplastik in Gewässern charakterisieren

Die Verschmutzung von Meeren, Seen und Flüssen mit Plastikmüll ist ein großes Umweltproblem. Gegenstände aus Kunststoffen werden mit der Zeit mechanisch in kleinste Teilchen zerlegt, die dann als Mikroplastik überall auf der Welt verteilt zu finden sind. Wie toxisch sind diese Partikel? Die Arbeitsgruppe von Dr. Arnulf Materny, Professor für Chemische Physik an der Jacobs University, will ein Verfahren entwickeln, das eine schnelle Analyse dieser Kleinstteile und ihrer Eigenschaften erlaubt – mithilfe der Lasertechnik.

Über die Nahrungskette werden Mikroplastikpartikel, die weniger als ein tausendstel Millimeter groß sein können, auch für Menschen zum Gesundheitsrisiko. Entzündliche Reaktionen aufgrund von im Gewebe eingelagertem Mikroplastik wurden schon beobachtet. Zu befürchten sind Konsequenzen wie zum Beispiel die Entstehung von Krebs.

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt wird die Arbeitsgruppe von Prof. Materny in Kooperation mit verschiedenen Industrie- und Forschungspartnern aus Deutschland und Finnland einen sehr wichtigen Aspekt der Mikroplastikproblematik untersuchen. Kunststoffe und somit auch Mikroplastikpartikel lagern im Wasser relativ schnell Biofilme auf ihren Oberflächen an. Diese bestehen zum Beispiel aus Algen und Bakterien, wobei bereits multiresistente Keime beobachtet wurden.

Neben der möglichen zusätzlichen Gefährdung durch die Mikroorganismen oder gebundene toxische Substanzen auf den Oberflächen, sind auch andere Aspekte von Interesse. Einerseits führen die Biofilme dazu, dass Mikroplastikpartikel von Meeresorganismen, wie Fischen, als Nahrung erkannt und dadurch noch vermehrt aufgenommen werden. Andererseits könnte der Biofilm auch zu einem rascheren Abbau des Kunststoffs führen, also eine positive Wirkung haben.

Mithilfe der sogenannten Raman-Spektroskopie sollen die Biofilme und deren Wechselwirkung mit den Mikroplastikpartikeln analysiert werden. Hierbei wird Laserlicht von den Oberflächen der Teilchen gestreut. Durch eine Wechselwirkung des Lichts mit den Biofilm-Molekülen tritt eine Farbverschiebung des Lichtspektrums auf. Diese wird dann genutzt, um molekulare Eigenschaften zu ermitteln. Die Arbeitsgruppe wird hierbei spezielle Raman-Techniken einsetzen, die zum einen Störsignale ausblenden sollen und zum anderen eine Signalverstärkung bewirken werden.

Die Arbeiten in der Materny-Gruppe wird Dr. Patrice Donfack in Zusammenarbeit mit den anderen Projektpartnern durchführen. Ziel ist es, ein Analysesystem zu schaffen, welches auch anderen Wissenschaftlern oder Behörden ermöglichen soll, die Mikroplastik-Problematik besser einschätzen zu können und aktuelle Belastungen schnell zu erkennen.