Asbest ist ein giftiger Stoff, der in älteren Gebäuden sowie in Kosmetika und Produkten für Kinder vorkommt. Da das Testen auf seine Anwesenheit problematisch sein kann, hat Professor Akio Kuroda von der Universität Hiroshima an einer neuartigen Lösung gearbeitet.
Asbest ist ein natürlich vorkommendes Silikat (silizium- und sauerstoffhaltiges) Mineral mit faseriger Struktur. Diese Fasern bestehen aus mikroskopisch kleinen Fasern, die in die Luft gelangen können, wenn das Asbest gestört wird, wodurch Asbest leicht eingeatmet werden kann. Früher wegen seiner isolierenden und feuerfesten Eigenschaften vor allem im Bauwesen weit verbreitet, ist Asbest inzwischen in vielen Ländern verboten. Dies ist auf die Entdeckung in den 1970er Jahren zurückzuführen, dass das Einatmen von Asbestfasern Lungenkrebs, Asbestose und andere tödliche Lungenerkrankungen verursachen kann.
Professor Akio Kuroda von der Graduate School of Integrated Sciences for Life an der Universität Hiroshima ist ein Experte auf diesem Gebiet.
„Während Asbest in den meisten Industrieländern verboten wurde, verbleiben große Mengen asbesthaltiger Materialien in alten Gebäuden, und die Menschen laufen Gefahr, während des Abrisses Asbest ausgesetzt zu werden“, erklärt er.
Kuroda bestätigt, dass nicht nur Baumaterialien ein Risiko darstellen.
„Darüber hinaus können auch natürliche Mineralien wie Talk, ein Rohstoff, der bei der Herstellung von Kosmetika, Arzneimitteln und Babypuder verwendet wird, Asbest enthalten. Kürzlich wurde hervorgehoben, dass mit Asbest kontaminierter Talk Krebs verursachen kann“, sagt er.
Kuroda ist bestrebt, sich auf die Bedeutung schneller und genauer Asbesttests zu konzentrieren. Im Januar 2022 veröffentlichte die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) einen Bericht der Interagency Working Group on Asbestos in Consumer Products, in dem eine verbesserte wissenschaftliche Bewertung von Asbest zum besseren Schutz der Öffentlichkeit skizziert wird.
Kuroda und sein Team haben Testtechniken entwickelt, um das Vorhandensein von Asbest genau festzustellen. Ihr Ansatz zur Etablierung besserer Tests auf Asbest war zweifach, erstens mit der Entwicklung einer Fluoreszenzmikroskopie (FM)-Methode, die sowohl eine erhöhte Empfindlichkeit als auch Bequemlichkeit bietet, sowie die Schaffung einer asbestspezifischen Proteinsonde in Kombination mit einem fluoreszierenden Marker Dadurch können Benutzer Asbestfasern unter einem Fluoreszenzmikroskop leicht sichtbar machen, jedoch keine Nicht-Asbestfasern.
Ein Bedarf an verbesserten Tests
Das Testen auf Asbest wird derzeit häufig unter Verwendung von Polarisationslichtmikroskopie (PLM) durchgeführt. Während dieses Verfahren bequem und billig durchzuführen ist, ist die Empfindlichkeit für den Nachweis feiner Fasern unzureichend. Die FDA empfiehlt die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) aufgrund ihrer höheren Empfindlichkeit. Es ist jedoch arbeitsintensiv, und daher wird das Testen teurer.
Andere beliebte Testmethoden sind die Phasenkontrastmikroskopie (PCM) und die Rasterelektronenmikroskopie (REM). All dies hat erhebliche Nachteile, die die Suche nach einer besseren Option in Gang halten. Kurodas Methode mit FM bietet eine viel höhere Empfindlichkeit, die der Elektronenmikroskopie nahe kommt, und sie ist für den Benutzer auch weitaus bequemer als TEM.
Eine 2012 veröffentlichte Studie des US National Institutes of Health (NIH) ergab, dass FM in der Lage war, Fasern zu erkennen, die fast zehnmal kleiner waren als die von PCM-Tests, was es zu einer viel empfindlicheren Testmethode macht, die sich der Genauigkeit sogar der Elektronenmikroskopie nähert . Die Studie kam zu dem Schluss, dass FM ein aufregendes Potenzial aufweist, um eine genauere Option zur Identifizierung von Asbestfasern anzubieten, ohne dass zeitaufwändige, arbeitsintensive Labortests erforderlich sind.
Die Entwicklung einer schnelleren, genaueren und bequemeren Methode zum Testen auf das Vorhandensein von Asbestfasern ist von entscheidender Bedeutung, da die Tests aufgrund der toxischen Natur der Substanz oft schnell erforderlich sind.
Viele Vorfälle treten auf, wenn bei Bau- oder Reparaturarbeiten an älteren Gebäuden potenziell Asbest in die Luft freigesetzt wird, was ein schnelles Ergebnis erfordert, damit Maßnahmen zur Neutralisierung der Kontamination schnell ergriffen werden können. Daher haben SEM und TEM in diesen Situationen ihre Nachteile, obwohl sie zuverlässige und genaue Messwerte liefern.
Trotz der Bereitstellung klarer, genauer Ergebnisse erfordern beide im Allgemeinen, dass Proben zur Verarbeitung an ein Labor geschickt werden. PCM hingegen kann in situ durchgeführt werden, was schnellere Ergebnisse ermöglicht. Dieses Verfahren hat jedoch wiederum Nachteile. PCM erkennt das Vorhandensein von luftgetragenen Fasern, kann jedoch nicht zwischen Asbest und anderen Faserarten unterscheiden.
Hindernisse überwinden
Die Asbesterkennung ist ein Bereich, der sicherlich Raum für Verbesserungen bietet, wenn es darum geht, eine Methode zu finden, die sowohl die Anforderungen an Geschwindigkeit als auch an Genauigkeit erfüllt. Kuroda war der Ansicht, dass die bestehenden Testmethoden diese Anforderungen nicht erfüllen.
„Ich musste beweisen, dass die neue Technologie für die Asbesterkennung verwendet werden kann“, sagt er.
Sein Ansatz bestand darin, FM als hochspezifische Methode zur Identifizierung von Asbest einzusetzen. Die schwierigste Herausforderung, vor der er stand, nachdem er eine spezifische Sonde für Asbest entwickelt hatte, bestand darin, zu quantifizieren, welcher Prozentsatz der sichtbar gemachten fluoreszierenden Fasern in den Testproben Asbest ist.
„Um die Identität der fluoreszierend markierten Fasern zu überprüfen, haben wir sie unter einem Elektronenmikroskop analysiert, um ihre elementare Zusammensetzung zu identifizieren“, skizziert Kuroda.
„Allerdings war es sehr schwierig, die einzelnen Fasern unter beiden Mikroskopen zu finden, um sie zu verifizieren.“
In einer Probe, die Tausende oder sogar Hunderttausende von Fasern enthalten kann, war diese Aufgabe wie das Finden der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen. Glücklicherweise konnte Kuroda auf die jüngsten Fortschritte in der Bildgebungstechnologie zurückgreifen, um dieses Problem zu lösen.
„Wir konnten ein neu entwickeltes korrelatives Mikroskopiesystem verwenden, bei dem der Probentisch von den beiden Mikroskopen geteilt wird“, erklärt er.
Das heißt, die Ortsinformationen von Fasern blieben also erhalten. Kuroda sagt, die Ergebnisse seien erstaunlich.
„Wir haben gezeigt, dass über 95 Prozent der in den Praxisproben beobachteten fluoreszierenden Fasern wirklich Asbest sind“, bestätigt er.
Die Landschaft verändern
Kurodas Arbeit zur Entwicklung und Modifizierung des asbestbindenden Proteins mit fluoreszierendem Farbstoff war wirklich bahnbrechend. Durch die Entwicklung dieser hochspezifischen Sonde für Asbest ist es nun möglich, diese tödliche Substanz in Proben von Baumaterialien, Kosmetika und sogar Babyprodukten sichtbar zu machen.
„Vor dieser Entdeckung wusste niemand, dass Asbest fluoreszierend sichtbar gemacht werden kann“, betont Kuroda.
Mit veröffentlichten Ergebnissen in der Annalen der Arbeitshygienewurden die Methoden von Kuroda im Asbestos Monitoring Manual, einem vom japanischen Umweltministerium herausgegebenen Leitfaden, genehmigt. Die von ihm in dieser Studie entwickelten Sonden sind im Handel erhältlich und werden derzeit von mehreren Unternehmen zur schnellen und genauen Überwachung von Asbest eingesetzt.
Neben der Entwicklung der Sonde und der Validierung seiner Ergebnisse hat Kuroda auch mit einem kommerziellen Hersteller von Mikroskopen zusammengearbeitet, um ein Fluoreszenzmikroskop zu entwickeln, das für den Einsatz vor Ort geeignet war. Vorhandene Fluoreszenzmikroskope waren unhandliche Geräte, die in einer Laborumgebung verwendet werden mussten und für den Transport auf staubigen Abbruchstellen ziemlich ungeeignet waren.
Kuroda und seine Industriepartner waren sich des Wunsches nach schnelleren Tests bewusst und konnten ein robustes und tragbares Mikroskop entwickeln, das vor Ort mitgenommen werden konnte, wodurch die Tests schneller und genauer wurden.
Durch die Bewältigung mehrerer Probleme, die den Bereich der Asbestprüfung und -kontrolle bedrängt hatten, hat Kuroda die Branche revolutioniert und weltweit schnellere und genauere Tests an kontaminierten Standorten durchgeführt. In Großbritannien, wo die Verwendung von Asbest seit Ende der 1990er Jahre verboten ist, ist es immer noch in vielen Gebäuden vorhanden, wobei fast 50 Prozent der Gebäude, darunter über 75 Prozent der Schulen, betroffen sind.
In Bezug auf die Vorteile bedeutet dies mehr Sicherheit nicht nur für Bauarbeiter, die auf potenziell gefährlichen Baustellen arbeiten, sondern auch für alle Bürger (einschließlich Kinder), die in verschmutzten Häusern und Gebäuden leben und arbeiten. Kurodas Fortschritte bei besseren Tests und besserer Ausrüstung bedeuten mehr Sicherheit für alle.