Ruthenium

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Ruthenium ist ein dunkelgraues, metallisch glänzendes Edelmetall. Man setzt es in der chemischen Industrie als Katalysator ein. Viele Kunststoffe werden mit Hilfe von Ruthenium hergestellt. Man verwendet Ruthenium auch mit anderen Metallen zusammen als Legierungen. Dabei macht es die Legierungen härter als die reinen Metalle, Flugzeugturbinen beispielsweise sind dadurch stabiler.

Wie könnte ich damit in Kontakt kommen?

Leiterplatten und deren Bauteile enthalten Ruthenium. Ruthenium befindet sich innerhalb des Bauteils, somit ist ein Kontakt eher unwahrscheinlich. Im Zahnersatz kann Ruthenium enthalten sein, die Mengen sind aber sehr gering. Ruthenium ist chemisch sehr widerstandfähig, es wird also fast nicht freigesetzt.

In der chemischen Industrie wird Ruthenium als Katalysator in Reaktoren eingesetzt. Hier hat außer dem zuständigen Personal niemand Zutritt. Aber selbst, wenn bei einem äußerst unwahrscheinlichen Unfall der Katalysator freigesetzt würde, sind die Mengen an Ruthenium sehr klein, und somit unkritisch für den Menschen. Ruthenium-Katalysatoren sind hoch effizient, aber teuer und damit nur in kleinen Mengen im Reaktor vorhanden.

Medizinische Anwendungen von Ruthenium befinden sich noch im Forschungsstadium. In der Arztpraxis oder der Klinik wird man es also (noch) nicht vorfinden.

Wie gefährlich ist das Material für Mensch und Umwelt?

Die Menge an Ruthenium, die man durch direkten Kontakt mit dem Metall oder seinen Legierungen aufnehmen könnte, ist so gering, dass keine schädlichen Auswirkungen zu befürchten sind. Ruthenium kommt in Katalysatoren in Komplexverbindungen vor. Diese haben eine hohe Bioverfügbarkeit. Man setzt sie deshalb in möglichst kleinen Mengen und in geschlossenen Systemen ein.

Fazit

Ruthenium ist in unserem Alltag selten zu finden. Die Mengen sind so gering, dass es unbedenklich für den Menschen und andere Lebewesen in der Umwelt ist.

Nebenbei

Im Gegensatz zu fast allen anderen Elementen gibt es für Ruthenium auch eine nicht-natürliche Quelle: Es ist ein Bestandteil von verbrauchten Brennstäben aus Atomkraftwerken. Ruthenium selbst strahlt nicht. Trotz des hohen Preises von Ruthenium trennt man es aber wegen der strahlenden Elemente nicht ab. Ruthenium kann z.B. aus der Umwandlung von Uran gewonnen werden. Diese Transmutation war schon das Ziel der Alchemisten, die aus Blei Gold machen wollten.

Materialinfo

Ruthenium (von lat. ruthenia: „Russland“, das Heimatland des Entdeckers, chemisch Ru) ist ein edles und teures Metall. Vom Aussehen her unterscheidet sich Ruthenium nicht sehr von vielen anderen Metallen. Es ist dunkelgrau und metallisch glänzend. Weil es ein edles Metall ist, löst es sich nicht in verdünnten Säuren und noch nicht einmal in sehr starken oxidierenden Säuren wie Königswasser. Das Ruthenium-Metall kann man erst über drastische Methoden wie mit einer Salzschmelze aus Kaliumhydroxid und Kaliumnitrat auflösen .

Peroidensystem-Ruthenium markiert. Bildquelle: Tomasz Zajda -stock.adobe.com — © Tomasz Zajda – stock.adobe.com

Ruthenium wird in der chemischen Industrie als Element oder in Form von chemischen Verbindungen, ähnlich wie andere Platingruppenelemente, als sehr effektiver Katalysator eingesetzt. Weil Ruthenium ein Nebengruppenelement ist, können Rutheniumverbindungen in vielen Oxidationsstufen (‑2, und alle zwischen 0 und 8) vorliegen. Das macht die Verbindunegn besonders geeignet als Katalysatoren. Die vielen möglichen Oxidationsstufen helfen bei katalytischen Prozessen . Ruthenium kann also als eine Art Elektronenzwischenspeicher dienen. Die chemische Industrie verwendet Ruthenium deshalb auch in katalytischen Prozessen unter anderem zur Reduktion oder Oxidation von Verbindungen sowie für weitere wirtschaftlich bedeutende Prozesse wie den Fischer-Tropsch Prozess, modifizierten Haber-Bosch Verfahren und viele andere chemische Reaktionen, die ein breites Spektrum chemischer Synthesen abdecken.

Ruthenium bildet mit Sauerstoff Oxide. Eine besondere Eigenschaft des Rutheniums ist die Flüchtigkeit seines sauerstoffreichsten Oxids. Trotz des hohen Molekulargewichts von Rutheniumtetroxid kann es verdampft werden, was die Ruthenium-Gewinnung etwas vereinfacht .

Ruthenium wird darüber hinaus in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Es ist mechanisch gut belastbar und verbessert die Eigenschaften von Legierungen, indem es sie härter macht. Dies wird zum Beispiel in Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken genutzt. Des Weiteren findet Ruthenium Einsatz in verschleißfesten elektrischen Kontakten, der Werkzeugmaschinenindustrie, aber auch der Petrochemie und Chemieindustrie. In der Elektronik werden unter anderem Stecker, Dickschichtwiderstände, Chip-Widerstände, Photovoltaikzellen oder Computer-Festplatten aus Ruthenium-Legierungen oder -Verbindungen verwendet .

Im medizinischen Bereich forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Anwendungen von Ruthenium zur Unterdrückung des Immunsystems sowie als antimikrobielles oder antibiotisches Mittel. Darüber hinaus überprüfen sie Einsatzmöglichkeiten in der Krebstherapie , entweder direkt auf pharmazeutisch-chemischem Weg oder als radioaktives Isotop als Strahlenquelle für die Tumorbestrahlung. Zudem kommen Rutheniumverbindungen in der medizinischen Analytik zum Einsatz.

Feinverteiltes Ruthenium kann sich an der Luft selbst entzünden oder sogar explodieren, besonders wenn es erwärmt wird .

Natürliches Vorkommen

99,99 % feines Rutheniumkristall, durch Dampfabscheidung gezüchtet. Bildquelle. Björn-Wylezich -stock.adobe.com — 99,99 % feines Rutheniumkristall, durch Dampfabscheidung gezüchtet © Björn-Wylezich – stock.adobe.com

Ruthenium ist wie die anderen Platingruppenelemente Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin nur selten zu finden. Es kommt meist zusammen mit den anderen Elementen vor, man spricht von vergesellschaftetem Vorkommen. Als edles Metall kommt es auch gediegen, also als elementares Metall vor. Darüber hinaus gibt es verschiedene Erze, in denen Ruthenium zusammen mit anderen Metallen als Sulfide vorliegt. Ein Ruthenium reiches Erz ist der Laurit (RuS₂) der formal den höchsten Ruthenium-Anteil aller geförderten Erze hat.

Da Ruthenium auch in kleinen Mengen in Nickelerzen vorhanden ist, fällt es auch bei der Reinigung von Rohnickel an. Wegen der großen Menge an produziertem Nickel ist das deshalb eine bedeutende Quelle für Ruthenium.

Das meiste Ruthenium kommt aus Südafrika. Da andere Quellen weitgehend fehlen, spricht man von einem erhöhten Länderrisiko. Wenn die dortige Produktion ausfallen würde, wäre das nur schwer durch andere Quellen zu ersetzen .

Neben natürlichen Vorkommen enthalten auch abgebrannte, also verbrauchte Brennstäbe aus Atomkraftwerken Ruthenium. Sie sind beim Kernspaltungsprozess entstanden, also nicht natürlichen Ursprungs. Da das Ruthenium hier aber zusammen mit anderen radioaktiven Elementen vorliegt, wird es nicht für industrielle Zwecke verwendet.

Herstellung

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Platingruppenelemente ähneln sich sehr. Deshalb ist es schwer, die Elemente voneinander zu trennen. Der Trennprozess ist langwierig und umfasst viele Stufen. Je nach Anteil an Ruthenium im aufzutrennenden Gemisch wird unterschiedlich vorgegangen. Für den Trennprozess setzt man starke Chemikalien wie Chlor oder Königswasser ein. Die Besonderheit, dass das Rutheniumtetroxid leicht verdampfbar ist, wird normalerweise im Trennprozess ausgenutzt. Es wird dann abdestilliert. Gleichzeitig werden auch die anderen Platingruppenelemente getrennt und gereinigt . Der aufwändige Trennprozess und das seltene Vorkommen führen zu einem hohen Preis von Ruthenium.

Exposition des Menschen

Ruthenium gehört zu den Platingruppenelementen (PGE) und kann vielseitig verwendet werden. Eine Exposition in möglicherweise schädigenden Mengen ist aber aufgrund der geringen eingesetzten Mengen unwahrscheinlich. Auch wenn Ruthenium zu den Edelmetallen gehört, könnte es wie Platin in Komplexverbindungen als Medikament z.B. gegen Krebs eingesetzt werden.

Kontakt im Alltag

Überall dort, wo dauerhafte Verbindungen in der Elektronik, härtere Metalllegierungen z.B. bei Zahnersatz oder katalytische Eigenschaften z.B. bei der Wasserstoffproduktion genutzt werden, spielt auch Ruthenium eine Rolle. Allerdings sind die jeweils verwendeten bzw. benötigten Mengen sehr gering. Außerdem kann es durch die verbauten Teile z.B. im Smartphone meist zu keinem direkten Kontakt kommen. Genau wie Platin wird auch Ruthenium in verschiedenen Schmucklegierungen verwendet. Es verursacht im Gegensatz zu Nickel keine allergenen Reaktionen, daher eignet sich dieser Schmuck für Allergiker. In der Medizin erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Ruthenium-Komplexe für ihren Einsatz als Anti-Tumormittel. Im Gegensatz zum seit Jahren eingesetzten Platin hat Ruthenium weniger Nebenwirkungen. Es muss aber in wesentlich höheren Dosen eingesetzt werden. Von den PGE sind so viele unterschiedliche Komplexe in der Forschung bzw. in Gebrauch, so dass diese nicht alle unmittelbar miteinander verglichen werden können .

Situation am Arbeitsplatz

Alle PGE werden in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Sie können somit auch am Arbeitsplatz eine Rolle spielen, wenn es um die gesundheitliche Gefährdung der Arbeiter geht. Für die PGE gibt es aber keine Grenzwerte. Sie werden in so kleinen Mengen verwendet, dass sie kein Gefährdungspotenzial besitzen. Allein für bestimmte Platinverbindungen ist ein Grenzwert für die inhalative Exposition festgelegt (Platinverbindungen: <2 µg/m³ – MAK- und BAT-Werte-Liste 2024). In einer Pilotstudie aus dem Jahr 2014 in einer Erz-verarbeitenden Fabrik zu verschiedenen PGEs konnte für Ruthenium gezeigt werden, dass die Exposition gegenüber Ruthenium-haltigen Stäuben (metallische als auch oxidische Partikel) kleiner als 1 ng/cm² Haut ist. Ruthenium aber auch andere PGE werden jedoch in der Zukunft sicher häufiger in Produkten und Prozessen eingesetzt, da sie wichtige katalytische Wirkungen besitzen, um z.B. Wasserstoff herzustellen. Daher ist davon auszugehen, dass ihre Verwendung steigen wird, auch wenn diese Elemente sehr selten vorkommen und somit sehr teuer sind. Eine Übersicht über die tatsächlichen Expositionen gegenüber PGE zeigt, dass Platin das wichtigste Element zu sein scheint, gefolgt von Palladium und Rhodium, während Ruthenium in so geringen Mengen verwendet wird, dass es bei den meisten Studien keine Rolle spielt .

Situation beim Verbraucher

Ruthenium setzt man wie andere PGE auch in elektronischen Geräten als Legierung ein. Eine direkte Exposition des Konsumenten ist hier unwahrscheinlich.
Allerdings gibt es weitere Anwendungen: z.B. in Zahnprothesen oder im Schmuck, die zu einem direkten Kontakt führen. Ruthenium hat aber keinen nachgewiesenen Effekt auf die Haut (wird als hypoallergen angesehen – verschiedene Quellen im Internet), so dass aktuell keine Bedenken gegenüber der Nutzung von Ruthenium in diesen Produkten bestehen.

Am Arbeitsplatz sind die PGE generell von Bedeutung und der Grenzwert sollte eingehalten werden. Allerdings ist das Wirkungspotenzial von Ruthenium im Speziellen so niedrig, dass weder am Arbeitsplatz noch für den Verbraucher Bedenken bestehen.

Freisetzung in die Umwelt

Ruthenium (Ru) ist ein seltenes Element. Es gehört zu den Platingruppenelementen (PGE) und wird in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet, unter anderem als Bestandteil von Elektrokatalysatoren in der Abwasserbehandlung. Seine Freisetzung in die Umwelt erfolgt durch menschliche Aktivitäten. Dies wirft Bedenken hinsichtlich seiner ökotoxikologischen Auswirkungen auf.

Generelle Freisetzung

Abwasserbehandlung und andere industrieller Anwendungen setzen Rutheniumverbindungen, insbesondere in Form von Rutheniumdioxid (RuO₂), frei. Diese Verbindungen können direkt durch Auswaschung von Elektroden oder indirekt durch Oxidationsprozesse, die bei der Behandlung von Gerbereiabwasser eingesetzt werden, in Gewässersysteme gelangen. Zum Beispiel zeigt eine Ru/C-Elektrode, die bei der Phenoloxidation verwendet wird, eine ausgezeichnete Haltbarkeit mit minimalem Ruthenium-Austrag. Jedoch könnten wiederholte Zyklen zur Freisetzung von Spurenelementen in die Umwelt beitragen .

Als Nebeneffekt kann die Oxidation von Chrom (Cr) während elektrochemischer Prozesse mit Ruthenium-Elektroden Chrom(III) in die toxischere Form Chrom(VI) umwandeln. Dies kann aquatische Ökosysteme zusätzlich belasten .

Ergebnisse aus dem Labor zur Freisetzung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen lipophile Ru(II)-Komplexe in sauerstoffreichen Umgebungen, in denen diese Komplexe möglicherweise toxische Nebenprodukte freisetzen. Die Stabilität dieser Komplexe variiert erheblich in Abhängigkeit von ihrer chemischen Struktur und den Umgebungsbedingungen .

Obwohl Ruthenium-basierte Materialien erhebliche industrielle Vorteile bieten, muss ihre potenzielle Freisetzung und Umwandlung in der Umwelt weiter untersucht werden, um die langfristigen Auswirkungen von Spurenausstößen und der Toxizität von Nebenprodukten besser zu verstehen.

Aufnahme in den Menschen

Die Aufnahme von Ruthenium in den Körper ist stark abhängig von der Form und dem Oxdidationsstatus, in dem sich das Ruthenium befindet. So ist es als Ru(VIII) in der Form als Rutheniumtetroxid (RuO₄) gasförmig und leicht flüchtig und kann leicht über die Lunge eingeatmet werden. Dagegen ist es als Rutheniumdioxid [Ru(IV)O₂] partikulär. Die Menge aufgenommener Moleküle bzw. Partikel über den Magen-Darm-Trakt oder die Lunge ist sehr klein.

Aufnahme über die Lunge

Nach dem Einatmen von gasförmigem Rutheniumtetroxid (RuO₄) fand man kein Ruthenium in peripheren Organen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bestimmten die biologische Halblebenszeit im Körper mit 15 Tagen. Auch im Tierversuch mit radioaktiv markiertem Ruthenium konnten sie nachweisen, dass die größte Fraktion im oberen Atemtrakt verbleibt und die Verweilzeit im Körper bei 0,7 Tagen für 92% der applizierten Menge beträgt. Die Belastung innerer Organe liegt dabei bei 0.3% der verabreichten Menge und darunter .

Aufnahme über die Haut

Eine Pilotstudie konnte zeigen, dass in einer südafrikanischen Fabrik, in der PGE gehandhabt werden, die Haut der Arbeitenden exponiert sein kann. Man konnte trotz getragener Schutzhandschuhe eine Kontamination der Finger nachweisen, was auch auf einen falschen Umgang mit der Schutzausrüstung hingedeutet hat. Die nachgewiesene Menge war aber auch hier meist unter einem ng/cm² Haut, die meisten Proben lagen unterhalb der Nachweisgrenze. Einen Nachweis einer Aufnahme durch die Haut gibt es nicht. Es gibt aber eine Studie in Ratten, die nach Injektion von radioaktivem Ruthenium eine Ausscheidung über die Haut detektieren konnte .

Aufnahme über den Verdauungstrakt

Die Aufnahme über den Verdauungstrakt steht bei Ruthenium nicht im Fokus. In einer Studie von 1969 verfütterten Forschende radioaktiv markiertes Ruthenium (¹⁰³Ru) in Form von Chloridsalzen an Muscheln. Freiwilligen Probanden aßen diese Muscheln. Danach maßen die Forschenden die Verteilung im Körper der Probanden bzw. die Ausscheidung des radioaktiv markierten Rutheniums gemessen. 95% de Rutheniums wurde innerhalb der ersten drei Tage ausgeschieden. In der gleichen Studie nahmen Freiwillige verschiedene markierte Chloridverbindungen des Rutheium (III) und (IV) auf. Auch in diesen Fällen wurden nach 2-3 Tagen 96% der Rutheniumverbindungen ausgeschieden. In einer Arbeit aus dem Jahr 2001 untersuchte man ebenfalls markiertes Rutheniumchlorid, das zum einen oral verabreicht wurde und zum anderen direkt ins Blut von Freiwilligen injiziert wurde. Über den Verdauungstrakt aufgenommenes Ruthenium wies eine sehr niedrige Absorptionsrate auf. Diese lag sogar unter den erwarten bzw. vorhergesagten Mengen. Das injizierte Rutheniumchlorid verblieb jedoch deutlich länger im Körper. Als wässrige Lösung verabreicht liegt die mittlere Retention für Rutheniumverbindungen bei 0.01 und in fester Nahrung bei 0.004. Generell wird eine Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt nicht als problematisch angesehen .

Aufnahme über medizinische Anwendung

Analyse einer Blutprobe im Labor. Handschu. Bildquelle: totojang1977 - stock.adobe.com — © totojang1977 – stock.adobe.com

Wie die anderen PGEs auch, wird Ruthenium in verschiedenen Verbindungen als mögliches Therapeutikum z.B. für Tumorbehandlungen getestet. Obwohl Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diese Forschungen bereits seit gut 40 Jahren durchführen, verschiedene Strukturen in Frage kommen und die Toxizität gegenüber normalem gesundem Gewebe relativ gering ist, konnte sich bisher keine dieser Substanzen in klinischen Studien durchsetzen. Aber nicht nur als Anti-Tumormittel kommen Rutheniumkomplexe in Frage. Es gibt auch Überlegungen zur immunsuppressiven (eine das Immunsystem unterdrückende Wirkung) oder einer anti-bakteriellen Wirkung. Neue Studien zeigen auch einen möglichen Einsatz von Ruthenium(IV)-dioxid-Nanopartikeln (RuO₂) als Antioxidantien und gegen Alzheimererkrankung .

Eine Aufnahme von Ruthenium egal in welcher Form oder Verbindung ist außerhalb der medizinischen Anwendung bisher nicht nachgewiesen und eher unwahrscheinlich. Allerdings kann ein erhöhter Einsatz in Produkten oder technologischen Anwendungen in der Zukunft auch auf eine erhöhte Exposition des Menschen schließen lassen.

Aufnahme und Wirkung in Umweltorganismen

Ruthenium interagiert, abhängig von seiner Form, unterschiedlich mit Umweltorganismen. Seine Auswirkungen reichen von förderlich bei niedrigen Dosen für reines Ruthenium bis hin zu toxisch bei höheren Konzentrationen bestimmter Rutheniumverbindungen und -komplexe.

Aufnahme in Umweltorganismen

Ru-Komplexe, insbesondere lipophile Formen, weisen ein hohes Bioakkumulationspotenzial auf, d.h. sie reichern sich in der belebten Umwelt an. Die Lipophilie fördert den Transfer über biologische Membranen, wodurch diese Verbindungen von aquatischen Organismen wie Zebrafisch-Embryonen aufgenommen werden. Je höher die Konzentration, desto höher die Toxizität. Hydrophile Ru-Komplexe hingegen zeigen eine geringere Aufnahme, was auf ein niedrigeres Umweltrisiko hinweist .

Genotoxizitätsstudien haben gezeigt, dass der Ru(Law)-Komplex eine geringere Toxizität aufweist als der Ru(Lap)-Komplex. Dieser verursacht bei höheren Konzentrationen Entwicklungsverzögerungen und führt zum Tod .

Toxizität in Umweltorganismen

Schädliche Rutheniumverbindungen verlangsamen das Wachstum von Zebrafisch-Embryonen. Dabei treten Fehlbildungen wie eine gekrümmte Wirbelsäule, Herzschwellungen und eine höhere Sterblichkeit auf. Wird die schützende Eihaut entfernt, verschlimmern sich diese Effekte, weil die Embryonen ihren natürlichen Schutz verlieren. Weniger schädliche, sogenannte antioxidative Rutheniumverbindungen zeigen kaum negative Wirkungen und gelten als unbedenklich für die Umwelt.

Ein besondere Rutheniumverbindung, der auch als Krebsmedikament geprüft wird, stört in hohen Konzentrationen (über 60 µM) die Bildung von Blutgefäßen. Dies führt zu mehr Todesfällen und zu Fehlbildungen bei den Zebrafischen.

Studien mit zwei rutheniumhaltigen Medikamenten an Zebrafischen ergaben, dass beide die Bildung neuer Blutgefäße kaum beeinträchtigten. Allerdings verzögerten sie das Nachwachsen der Schwanzflosse und bremsten die Zellteilung. Ein Medikament verringerte die Verzweigung der Blutgefäße, während das andere den Aufbau der Zellen störte und den Transport wichtiger Stoffe blockierte. Diese Wirkungen könnten helfen, Nebenwirkungen bei einer Chemotherapie zu verringern.

Ein Vergleich zwischen einer Rutheniumverbindung und dem platinhaltigen Medikament Cisplatin zeigte, dass beide sich im Gewebe der Zebrafische anreichern – je höher die Konzentration, desto mehr Stoff sammelt sich an. Cisplatin führte zu verzögertem Schlüpfen und sammelte sich an der Eihaut an, was auf Unterschiede in der Wirkungsweise und Aufnahme im Körper hindeutet. PMC79 verzögerte das Schlüpfen nicht, verursachte aber Schäden in bestimmten Organen, wie Schwellungen im Dottersack.

Insgesamt ist Cisplatin schädlicher als die organischen Rutheniumverbindungen, da es mehr Probleme wie verzögertes Schlüpfen und Eihaut-Akkumulation verursacht, während die Rutheniumverbindungen weniger starke Nebenwirkungen aufweisen .

Die ökotoxikologischen Auswirkungen von Ruthenium hängen stark von seiner Form ab. Reines Ruthenium und einige Komplexe stellen ein minimales Risiko dar. Lipophile und pro-oxidative Formen können dagegen erhebliche Entwicklungs- und Stoffwechselstörungen bei aquatischen Organismen verursachen.

Wirkung auf den Menschen

Wegen der nahezu nicht vorhandenen Verwendung von Ruthenium gibt es keine Studien zur Toxikologie im Menschen. Nur wenige Studien beschäftigen sich mit der möglichen Wirkung von Ruthenium Nanopartikeln in Säugetieren. Man findet aber eher eine schützende Wirkung gegen Sauerstoffradikale, als eine Toxizität der Rutheniumpartikel.

Verteilung und Wirkung im Körper

Ruthenium wird nur in sehr geringen Mengen in den Körper aufgenommen. Daher untersuchten die wenigen Studien, die eine toxische Wirkung von Rutheniumpartikeln getestet haben, die Wirkung auch meist nach intravenöser Injektion. Aber auch nach direkter Exposition mittels Injektion gab es keine Hinweise auf eine Organtoxizität in Leber, Milz, oder Niere. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten zeigen, dass Makrophagen Rutheniumpartikel aufgenommen haben. RuO₂ Nanopartikel, die mit einem Polymer beschichtet waren (Polyvinylpyrrolidon = PVP) hatten in Mäusen sogar eine Schutzwirkung und milderten den oxidativen Stress durch Chemikalien ab. Verschiedene organische Komplexe dagegen zeigen eine toxische Wirkung auf Tumorzellen, sind aber gleichzeitig weniger toxisch gegenüber normalen Körperzellen im Vergleich zu den verwandten Verbindungen von Platin .

Aufnahme und Wirkung in Zellen

Ruthenium Nanopartikel zeigten in behandelten Zellen auch antioxidative Wirkungen. RuO₂-PVP Nanopartikel konnten dabei die Wirkung von UV-Licht oder Wasserstoffperoxid (H₂O₂) erheblich reduzieren. Weitere Studien müssen zeigen, ob auch andere Formen von Ruthenium eine solche Schutzwirkung haben können. Aktuell (2025) gibt es zu wenige Studien, die eine gesicherte Aussage zur Wirkung der Ruthenium Nanopartikel zulassen würden .

Es gibt nur wenige wissenschaftliche Studien zur Giftigkeit von Rutheniumdioxid Nanopartikeln. Diese zeigen, dass diese Partikel vor oxidativem Stress schützen, aber selbst nicht giftig sind. Da es aber zu wenige Studien gibt, kann man keine sicheren Aussagen machen.

Verteilung in der Umwelt

Die Verteilung von Ruthenium in der Umwelt hängt von seiner chemischen Form und den Anwendungen ab. Lipophile Komplexe neigen eher zur Akkumulation in Organismen, hydrophile Formen verteilen sich leichter in Wassersystemen.

Transport

Aus industriellen Anwendungen freigesetzte Ru-Komplexe gelangen über Abwassereinleitungen in Ökosysteme. Lipophile Ru-Verbindungen reichern sich in biologischen Geweben an.. Hydrophile Formen hingegen werden von Lebewesen schneller ausgeschieden. Sie verbreiten sich jedoch stärker in aquatischen Systemen .

Transformation

Umweltfaktoren wie Sauerstoff- und Lichteinwirkung beeinflussen die Stabilität von Ru-Verbindungen. Ru(II)-Komplexe zerfallen unter sauerstoffreichen Bedingungen und bilden potenziell toxische Nebenprodukte. Dieser Abbauprozess kann ihre Umweltbelastung verstärken .

Wie seine Toxizität wird auch das Umweltverhalten von Ruthenium durch seine chemischen Eigenschaften beeinflusst. Dies erklärt die erheblichen Unterschiede im Umwelttransport und -verbleib. Lipophile Komplexe können sich stärker ansammeln, während hydrophile Verbindungen weniger beständig sind. Es ist wichtig, diese Unterschiede zu verstehen. So kann man besser einschätzen, wie sich Ruthenium-basierte Materialien auf die Umwelt auswirken.

Literatur

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