Hot Seat: Wim Noorduin – Mit leuchtender Wissenschaft gegen Blei

Im heutigen “Hot Seat” begrüßen wir Wim Noorduin, führender Wissenschaftler auf dem Gebiet der selbstorganisierenden Materialien und Mitbegründer von Lumetallix. Mit innovativer Technologie zur Bleidetektion macht er unsichtbare Umweltgefahren sichtbar und zeigt, wie Forschung direkt zur Lösung globaler Herausforderungen beitragen kann.

Wim, Sie sind Mitbegründer von Lumetallix, einem Unternehmen, das Testkits zur sofortigen Bleierkennung anbietet. Können Sie uns ein wenig über Ihr Unternehmen und das wissenschaftliche Konzept dahinter erzählen?

Gemeinsam mit meiner Forschungsgruppe am AMOLF haben wir bei Lumetallix eine neue Methode zur Detektion des chemischen Elements Blei entwickelt. Der Kern der Idee ist, dass Blei in der Umwelt in einen Perowskit-Halbleiter umgewandelt wird, der ein hellgrünes Licht aussendet. So ist es leicht zu erkennen, wo sich Blei befindet. Wichtig ist, dass verschiedene Formen von Blei in den photolumineszenten Perowskit reagieren, während andere Metalle – selbst solche, die Blei sehr ähnlich sind, wie Zinn – nicht in eine lumineszierende Spezies reagieren. Außerdem ermöglicht die starke Photolumineszenz des Perowskits, selbst Nanogramm von Blei mit bloßem Auge zu erkennen.

Diese Kombination aus hoher chemischer Selektivität und Empfindlichkeit macht den Test besonders attraktiv. Dazu haben wir ein Testkit entwickelt, das Tropfflaschen und Sprühflaschen mit einem Reagenz enthält, um den Perowskit zu bilden, sowie UV-Licht, um die Photolumineszenz auszulösen. Der Test ist sehr einfach durchzuführen und liefert fast sofortige Ergebnisse, sodass er sich hervorragend für schnelle Screenings und die Kartierung von Bleivorkommen in der Umwelt eignet

Als Experte für selbstorganisierende Materie, insbesondere Kristallisationsprozesse, wie kamen Sie auf diese Idee?

Ich wurde durch eine Nachrichtensendung in Amsterdam auf das Problem der Bleibelastung aufmerksam. Dort berichtete man über Menschen, die durch Trinkwasserleitungen aus Blei eine Bleivergiftung erlitten. Ich war überrascht, dass dies immer noch ein Problem ist, und begann, mich in die Literatur einzuarbeiten. Zu der Zeit veröffentlichten UNICEF und Pure Earth – die größte NGO für Bleiverschmutzung – einen Bericht mit dem Titel „The Toxic Truth“. Dieser Bericht war für mich ein Augenöffner. Er besagt, dass weltweit etwa jedes dritte Kind – über 800 Millionen Kinder – an Bleivergiftung leidet. Das ist dramatisch, denn Bleivergiftung kann eine Vielzahl von Gesundheitsproblemen verursachen, darunter schwere und dauerhafte Hirnschäden. Besonders interessant war, dass der Bericht erklärte, dass die Bleidetektion der erste wesentliche Schritt zur Vermeidung von Bleivergiftungen ist, diese aber immer noch sehr schwierig ist.

Das brachte mich zum Nachdenken, vor allem über unsere Forschung an Perowskit-Halbleitern. Ich fragte mich, ob wir Blei aus der Umwelt in einen Perowskit-Halbleiter umwandeln könnten. Genau zu der Zeit kam der Lockdown durch COVID, und ich saß zu Hause fest. Mein Doktorand Lukas Helmbrecht hatte bereits intensiv an Perowskiten gearbeitet. Er schickte mir Chemikalien, und ich begann, Experimente zu Hause durchzuführen. Nach vielen unklaren Ergebnissen sprühte ich eine Perowskit-Vorläuferlösung auf das Dach meiner Nachbarn, um zu sehen, ob das Blei aus der Dachverkleidung reagieren würde. Das funktionierte wunderbar – das ganze Dach leuchtete hellgrün. Noch überraschender war, dass auch die Farbe des Fensterrahmens leuchtete. Es stellte sich heraus, dass es sich um bleihaltige Farbe handelte, die wir in einen photolumineszenten Perowskit umwandeln konnten. Diese zufällige Entdeckung löste eine ganze Reihe von Ereignissen aus. Meine Gruppe untersuchte die Empfindlichkeit und Selektivität des Tests, und parallel begannen wir, den Test in verschiedensten Bereichen anzuwenden – von Wasserleitungen und Kunststoffen bis hin zu Geschirr, Kinderspielzeug und vielen anderen Alltagsgegenständen.

Warum ist Blei ein Problem? Wofür wurde es verwendet, und welche Risiken birgt Bleiverunreinigung?

Das Problem mit Blei ist, dass es giftig ist. Eine Bleivergiftung kann eine ganze Reihe sehr ernsthafter Gesundheitsprobleme verursachen, von IQ-Verlust und Verhaltensproblemen bis hin zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Tod. Zwar stirbt man nicht sofort an einer Bleivergiftung, doch es ist so giftig, dass mittlerweile Einigkeit darüber besteht, dass es keine sichere Bleikonzentration gibt. Blei wird jedoch in vielen Bereichen eingesetzt, weil es billig ist und interessante Eigenschaften hat. Beispielsweise finden wir viel Blei in Glasuren von Geschirr, in Kunststoffen als Stabilisator und in Farben als Pigment.

Das Schwierige ist, dass Blei ein chemisches Element ist und sich daher nicht abbaut, sondern über lange Zeiträume Probleme verursachen kann, bis jemand das Blei entdeckt. Unser Test wurde beispielsweise verwendet, um Bleiverschmutzungen durch illegales Batterierecycling in Indien aufzudecken. Das Problem ist, dass man, sobald man die Bleiverunreinigung gefunden hat, entweder das Blei entfernen, es isolieren oder Menschen warnen muss, sich von dem verschmutzten Ort fernzuhalten. Der Umgang mit Bleiverunreinigung ist also ein komplexes, facettenreiches Problem. Daher arbeiten wir mit Fachleuten zusammen, die sich auf diese Probleme spezialisiert haben. Das Gute an unserem Test ist, dass das Problem jetzt direkt sichtbar wird.

Welche Anwendungsbereiche hat die von Ihnen entwickelte Technologie?

Es gibt viele Anwendungen, und wir entdecken immer wieder neue. Die Erkennung von Blei ist besonders interessant, um Bleiverschmutzung zu finden und so Bleivergiftungen zu verhindern. Schön an dem Test ist, dass er sehr skalierbar ist – Bürger können selbst testen – und dann von Experten beraten werden. Besonders ist, dass der Test die Gefahr direkt sichtbar macht. Das kann auch zur Aufklärung über Bleivergiftung und für Aktivismus genutzt werden, um Veränderungen zu unterstützen, indem gezeigt wird, wo gefährliche Bleiverunreinigungen vorliegen.

Was war der kurioseste Gegenstand, bei dem Sie bisher eine positive Bleikontamination festgestellt haben?

Oh, da gab es einige Überraschungen. Zum Beispiel einige brandneue Espressotassen, die ich in Deutschland gekauft habe. Ich war überrascht, weil diese Tassen in Europa hergestellt wurden. Auch eine Ecke der Küchenarbeitsplatte meiner Eltern war mit Bootslack beschichtet, der Blei enthielt. Und unser Hinterhof wurde mit Bleistaub bedeckt, als die Nachbarn ihre alte Farbe abschliffen.

Gehen Sie noch ohne ein Testkit aus dem Haus?

Natürlich nicht! Es gibt einfach zu viel Blei zu entdecken, und es ist gleichzeitig aufregend und beängstigend, zu sehen, wie alltägliche Gegenstände plötzlich grün leuchten.

Wim Noorduin leitet die Forschungsgruppe „Self-Organizing Matter“ am AMOLF und ist Professor mit besonderem Auftrag an der Universität Amsterdam. Er ist Mitbegründer und derzeit wissenschaftlicher Berater von Lumetallix, einem Unternehmen, das innovative photolumineszente Technologien zur Visualisierung und Bekämpfung von Bleiverunreinigung entwickelt.

Noorduins Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung physikalisch-chemischer Strategien zur Selbstorganisation komplexer Materialien und neuer chiraler Amplifikationsmethoden für die Synthese enantiomerenreiner Bausteine.

Derzeit umfasst seine Arbeit neue Ansätze zur Steuerung der Kristallisation, der Materialzusammensetzung, der Form und der hierarchischen Organisation mineralisierter Strukturen sowie die Entwicklung von physikalisch-chemischen Rückkopplungsmechanismen zur Selbstkorrektur und Verstärkung der Entstehung von Komplexität.

Der Text wurde mithilfe digitaler Hilfsmittel aus dem Englischen übersetzt.