Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Projekt zur Feldexposition von Hautzellen im Terahertz-Frequenzbereich abgeschlossen

07.12.2011

 

In dem im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) durchgeführten Projekt wurde über einen Zeitraum von drei Jahren nach möglichen gentoxischen Effekten von THz-Strahlung in Hautzellen gesucht. Immer mehr kommerzielle Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Körperscanner auf Flughäfen, nutzen den THz-Frequenzbereich zwischen 100 GHz und einigen THz, der bisher aufgrund der schwierigen Erzeugung und Detektion der Strahlung nur schwer zugänglich war. Obwohl die Strahlung nicht ionisierend und damit nicht in der Lage ist, biologische Moleküle direkt zu schädigen, musste geklärt werden, ob diese Art der Bestrahlung schädliche Auswirkungen auf das Wachstum von Zellen haben kann. Da THz-Strahlung weniger als
1 mm in den Körper eindringt, wurden Hautzellen für die Expositionsexperimente ausgewählt. Die Untersuchungen wurden in Kooperation mit dem Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig, dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig und dem Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Würzburg durchgeführt. Unter definierten Umgebungsbedingungen wurden zwei unterschiedliche menschliche Hautzelltypen (HaCaT Keratinocyten und primäre Hautfibroblasten) kontinuierlicher THz-Strahlung bei verschiedenen Frequenzen zwischen 100 GHz und 2,52 THz ausgesetzt. Die Exposition erfolgte in einem modifizierten Inkubator bei Strahlungsdichten unterhalb, bei und etwas oberhalb des (derzeit bis
300 GHz festgesetzten) Grenzwertes. Während der Expositionen wurden die Umgebungsbedingungen und die Expositions-
leistungsdichten aufgezeichnet. Um verlässliche Ergebnisse zu gewährleisten, wurden Shamexpositionen und Positivkontrollen für die gewählten biologischen Endpunkte sowie eine verblindete Auswertung der Proben vorgesehen. Durch die Messung der Strahlungsdichte rückgeführt auf die Einheiten des Internationalen Einheitensystems (SI) und anschließende Feldberechnungen im Probenbehälter wurde erstmals eine exakte Dosimetrie realisiert.

Nach der aufwändigen Auswertung der drei voneinander unabhängigen Versuchsreihen konnten bei keinem der verwendeten Endpunkte gentoxische Effekte festgestellt werden. Bei begleitenden Experimenten wurde jedoch festgestellt, dass die Exposition eines dritten Zelltyps (AL-Zellen) bei 106 GHz zu einer Störung des Spindelapparates führt. Im Rahmen einer dreimonatigen Projektverlängerung wurden erste Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen Spindelstörungen und dem Auftreten von Mikrokernen durchgeführt. Weitere Untersuchungen sind Gegenstand aktueller Forschung.

 

Bild:
Rückgeführte Messung der Strahlungsleistung am Ort der Exposition bei 2.52 THz.

 

 

 

Ansprechpartner: T. Kleine-Ostmann
Fachbereich 2.2 : Hochfrequenz und Felder