NanoCELL – Umfassende Charakterisierung und humantoxikologische Bewertung von Nanocellulose entlang ihres Lebenszyklus für eine zuverlässige Risikoabschätzung und einen sicheren Einsatz in umweltfreundlichen Verpackungsmaterialien
Projektbericht:
Das Verbundvorhaben NanoCELL beschäftigte sich mit der Herstellung, physiko-chemischen Charakterisierung, Verwendung und humantoxikologischen Bewertung von Nanocellulose entlang ihres Lebenszyklus. Besonderer Fokus lag dabei auf der kristallinen Nanocellulose (cellulose nanocrystals, CNC) und deren Einsatz in umweltfreundlichen Verpackungsmaterialien als wichtiger Baustein einer modernen Kreislaufwirtschaft.
Die wichtigsten Entwicklungen und gewonnenen Erkenntnisse aus NanoCELL sind:
- Etablierung eines Prozesses zur Herstellung hydrophiler CNC aus unterschiedlichen Rohstoffquellen (u.a. Baumwolle, Birke, Fichte) im Labormaßstab inklusive erfolgreicher CNC-Sprühtrocknung; eine Hochskalierung der CNC-Herstellung erfordert jedoch Anpassungen am Reaktor-Design.
- Erfolgreiche Oberflächenfunktionalisierung der CNC (Fluoreszenzmarkierung, Silanisierung)
- Erfolgreiche CNC-Beschichtung unterschiedlicher Foliensubstrate (z.B. Polymilchsäure, Polypropylen, Papier) mit hoher Verbundhaftung und verbesserter Barrierewirkung gegen Sauerstoff, jedoch weitere Studien hinsichtlich Reproduzierbarkeit der Beschichtung und Barrierewirkung gegen Mineralöle notwendig.
- Umfassende physiko-chemische Charakterisierung der CNC (Größen-/Anzahlverteilung, Zetapotential, Agglomeration) in komplexen Matrizes (u.a. Zellkulturmedium, Verdauungssäfte) mittels Multidetektor-Feldflussfraktionierung (FFF) und Elektronenmikroskopie.
- Erfolgreiche Entwicklung verschiedener in vitro (GIT-Inflammationsmodell, 3D Lungenmodelle) und ex vivo Modelle (porziner Mucus, Darmgewebe) zur Untersuchung einer möglichen Toxizität der CNC nach oraler und pulmonaler Aufnahme.
- CNC-Transportstudien in in vitro und ex vivo Modellen unter statischen und dynamischen Bedingungen zeigen einen CNC-Transport durch die intestinale Mucusschicht, aber nicht durch das Darmgewebe; keine toxischen Effekte konnten unter diesen Bedingungen beobachtet werden.
- Erfolgreiche Vorarbeiten für ein in silico Transportmodell für CNC über biologische Barrieren.
