Onderzoekers van Wageningen University leveren 's werelds eerste ruimtelijk-tijdelijk expliciete model dat het gedrag en het lot van gemanipuleerde nanodeeltjes (ENP's) in oppervlaktewateren simuleert. Wageningse onderzoeker Bart Koelmans:"Dit is belangrijk om veilige nanotechnologie te borgen. We hebben wel een inschatting nodig van de risico's van ENP's voor mens en milieu."

Nanotechnologie ontwikkelt zich snel, met de snel groeiende emissie van minder dan 100 nm gemanipuleerde nanodeeltjes als gevolg. ENP's zijn moeilijk te meten in het milieu, zodat blootstellingsbeoordelingen gebaseerd moeten zijn op modellering. Eerdere modellen konden alleen gemiddelde achtergrondconcentraties op continentale of nationale schaal voorspellen.

NanoDUFLOW

Het nieuwe NanoDUFLOW-model echter, ontwikkeld door Joris Quik, Jeroen de Klein en Bart Koelmans en onlangs beschreven in Water Research magazine, is in staat om de concentraties van ENP's te simuleren, en hun homo- en heteroaggregaten in ruimte en tijd, voor elk hydrologisch stromingsregime van een rivier. Onder de motorkap van NanoDUFLOW bevindt zich een 'motor' die alle relevante interacties tussen 35 soorten deeltjes berekent, inclusief de ENP's, en dat beslist over aggregatie, bezinking of langdurige stroming in de rivier. De snelheid van deze interacties hangt af van de stromingsomstandigheden in de rivier, die worden berekend in de hydrologiemodule van NanoDUFLOW. Deze module kan worden ingesteld om overeen te komen met de kanaalstructuur van elk stroomgebied zoals gedefinieerd door de gebruiker, waardoor een grote flexibiliteit mogelijk is.

Ontwikkeling van het model

De ontwikkeling van het model duurde een lange en bochtige weg. ENB's zijn opkomende chemicaliën met unieke eigenschappen, wat inhoudt dat er enkele nieuwe procesbeschrijvingen ontwikkeld moesten worden. Een van de belangrijkste parameters in dit nieuwe type modellen is de efficiëntie van de bevestiging. De hechtingsefficiëntie is de kans dat twee deeltjes bij elkaar blijven wanneer ze botsen, een kans die afhangt van de aard van de botsende deeltjes en de chemie van het water. Er moest een slimme rekenmethode worden ontwikkeld waarmee de hechtingsefficiëntie kon worden geschat op basis van laboratoriumexperimenten met ENP's en natuurlijke deeltjes en water die in het veld werden verzameld.

NanoDUFLOW gebruiken voor de risicobeoordeling van nanomaterialen

Om veilige nanotechnologie te garanderen, de samenleving vraagt ​​om een ​​beoordeling van de risico's van ENB's voor mens en milieu. Een risicobeoordeling voor ENP's vereist een beoordeling van de ENP-blootstelling, en van de effecten veroorzaakt door ENB's, die vervolgens kunnen worden vergeleken in een risicokarakterisering. Terwijl eerdere modellen op screeningniveau nog steeds de eerste keuze kunnen zijn voor lagere niveaus in de risicobeoordeling, NanoDUFLOW wordt geacht nuttig te zijn voor hogere niveaus van de risicobeoordeling, waar locatiespecifieke risico's moeten worden aangepakt. Simulaties met NanoDUFLOW toonden het optreden van duidelijke ENP-contaminatie 'hot spots' in de waterkolom en in sedimenten. Verder, NanoDUFLOW was in staat om de soortvorming van ENP's over fracties van verschillende grootte te simuleren. Deze speciatie definieert de ecotoxicologisch relevante fracties van ENB's, voor verschillende soortenkenmerken. Ook in dit opzicht zal NanoDUFLOW bijdragen aan het verfijnen van de risicobeoordeling voor ENP's.