Was ist Nanotechnologie? – Defining Nanotechnology

Defining Nanotechnology

Der Begriff „Nanotechnologie“ hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit in den Medien erhalten. In den Nachrichten wurde die Nanotechnologie als die nächste wissenschaftliche Revolution angepriesen – mit Versprechungen von schnelleren Computern, Heilmitteln für Krebs und Lösungen für die Energiekrise, um nur einige zu nennen. Aber was genau ist „Nanotechnologie“? Und kann sie all diese Versprechen erfüllen?

Die formale Definition der Nanotechnologie von der National Nanotechnology Initiative (NNI) lautet:

Nanotechnologie ist das Verständnis und die Kontrolle von Materie in Dimensionen zwischen etwa 1 und 100 Nanometern, wo einzigartige Phänomene neuartige Anwendungen ermöglichen.

Die Nanotechnologie umfasst Wissenschaft, Technik und Technologie im Nanobereich und beinhaltet die Abbildung, Messung, Modellierung und Manipulation von Materie in diesem kleinen Maßstab.

Die NNI-Definition lässt sich auf drei grundlegende Konzepte herunterbrechen:

1. Nanotechnologie ist sehr, sehr klein.

   Wenn etwas auf der Nanoskala liegt, misst es in mindestens einer seiner Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern (nm). Wenn Dinge so klein sind, sind sie viel zu klein, um sie mit unseren Augen oder sogar mit einem typischen Lichtmikroskop zu sehen. Wissenschaftler mussten spezielle Werkzeuge entwickeln, wie z. B. Rastersondenmikroskope, um Materialien zu sehen, die sich auf der Nanometerskala befinden.

   Einige Materialien waren schon immer auf der Nanoskala – wie Wassermoleküle oder Siliziumatome. In jüngster Zeit konnten Wissenschaftler jedoch neue Werkzeuge und Prozesse nutzen, um Materialien, die auf der Makroskala üblich sind, auf diese Größe zu synthetisieren und zu manipulieren, wie Partikel von TiO2 (Titandioxid).

2. Auf der Nanoskala können sich Materialien auf unterschiedliche und unerwartete Weise verhalten.

   An der Nanoskala zeigen viele gängige Materialien ungewöhnliche Eigenschaften, wie z.B. einen deutlich geringeren Widerstand gegen Elektrizität, einen niedrigeren Schmelzpunkt oder schnellere chemische Reaktionen.

   An der Makroskala ist Gold (Au) zum Beispiel glänzend und gelb. Wenn die Goldpartikel jedoch 25 nm groß sind, erscheinen sie rot. Die kleineren Partikel interagieren anders mit dem Licht, so dass die Goldpartikel in einer anderen Farbe erscheinen. Je nach Größe und Form der Partikel kann das Gold rot, gelb oder blau erscheinen.

   Goldmünze		Nanopartikel aus Gold in Lösung

   Ein weiteres Beispiel für Nanopartikel, die anders aussehen als das entsprechende makroskopische Material, findet sich in Sonnenschutzmitteln. Titandioxid (TiO2) wird seit langem in Sonnenschutzmitteln und Sonnenblockern verwendet. Es ist einer der Inhaltsstoffe, die die Cremes in ihrer Farbe weiß erscheinen lassen. Jetzt verwenden die Hersteller Nanopartikel, um Cremes und Gele herzustellen, die durchsichtig sind – denn Nanopartikel von TiO2 erscheinen transparent.

   Auch andere Eigenschaften können sich ändern, wenn sich Materialien im Nanomaßstab befinden. Ein Beispiel: Aluminium (Al) ist das glänzende, biegsame Metall, aus dem Getränkedosen hergestellt werden. Auf der Nanoskala sind Aluminiumpartikel extrem reaktiv und können explodieren. Nanopartikel sind reaktiver, weil sie eine größere Oberfläche haben als makroskalige Partikel.

3. Forscher wollen diese unterschiedlichen und unerwarteten Verhaltensweisen nutzen, um neue Technologien zu schaffen.

   Durch die Nutzung dieser neuen Verhaltensweisen hoffen Forscher in vielen verschiedenen Disziplinen, viele neue Dinge zu schaffen, die von alltäglichen Produkten wie antimikrobiellen Socken und leichteren Tennisschlägern bis hin zu hochmodernen Solarzellen, schnelleren und kleineren Computern oder medizinischen Behandlungen reichen, die Krankheiten selektiv behandeln. Viele Wissenschaftler und Ingenieure denken, dass die Möglichkeiten endlos sind.

Ist der iPod Nano ein Beispiel für Nanotechnologie?

Nanotechnologisch verbesserte Produkte finden bereits ihren Weg auf den Markt. Allerdings nutzt nicht jedes Produkt, das mit „Nano“ gekennzeichnet ist, wirklich Nanotechnologie. Einige Hersteller verwenden die Vorsilbe „nano-„, um potenziellen Käufern die relative geringe Größe ihrer spezifischen Produkte zu vermitteln. Außerdem hoffen sie, von der Begeisterung für die Nanotechnologie zu profitieren.

Zum Beispiel haben indische Autohersteller kürzlich den Tata Nano vorgestellt:

Bild entnommen aus http://en.wikipedia.org/wiki/Tata_Nano

Dieses Auto ist definitiv nicht auf der Nanoskala, aber die Designer wählten den Namen „Nano“, um potenziellen Käufern die Verwendung von „Hochtechnologie“ und seine geringe Größe zu vermitteln. Dies ist nicht das einzige Beispiel, das heute auf dem Markt ist.

Ein bekannteres Beispiel ist der iPod Nano:

Bild entnommen aus http://www.apple.com/ipodnano/

Auch dieser Musikplayer ist nicht „nanogroß“, aber er ist viel kleiner als der ursprüngliche iPod. Er nutzt jedoch Nanotechnologie in den Chips und Schaltkreisen, die ihn funktionieren lassen – genau wie Ihr Laptop!

Es gibt einige Produkte, die Nanotechnologie nutzen, auch wenn sie nicht im Namen enthalten ist! Einer der häufigsten Fälle ist die Verwendung von Silber-Nanopartikeln in Verbraucherprodukten. Silber ist von Natur aus antimikrobiell und wurde schon in der Antike zur Bekämpfung von Bakterien eingesetzt. Durch die Einarbeitung von nanoskaligem Silber in Textilien, Kunststoffe und Haushaltsgeräte können Hersteller Materialien herstellen, die mit einer geringen Menge Silber Bakterien abtöten, ohne andere Eigenschaften der Produkte zu beeinträchtigen.

Plüschtier „Benny der Bär“	Silver Seal Computer-Tastatur	Sporttrikot von Sinotextiles Co,Ltd

Alle Bilder stammen von http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/

Allerdings gibt es Bedenken, dass ein vermehrter Einsatz von Silber auf diese Weise ein Umweltrisiko darstellen oder zur Entwicklung von Silber-Antibiotika-resistenten Bakterien führen könnte.

Das Project on Emerging Nanotechnologies hat ein Inventar von Verbraucherprodukten erstellt, von denen sie glauben, dass sie in irgendeiner Weise Nanotechnologie nutzen. Aufgrund der proprietären Natur dieser Produkte kann jedoch oft keine definitive Entscheidung darüber getroffen werden, wie genau das Produkt die Nanotechnologie nutzt.

Kann die Nanotechnologie dem Hype gerecht werden?

Nanotechnologie wurde als „das nächste große Ding“ bezeichnet. Sie wird als Schlüssel zu neuen Krebstherapien, Energieunabhängigkeit, verbesserter Elektronik und sauberem Wasser in Ländern der Dritten Welt angepriesen. Mit einer solchen Vielfalt an möglichen Anwendungen hat die Nanotechnologie das Potenzial, unsere Welt zu verändern, so wie Computer die Gesellschaft in den letzten 30 Jahren verändert haben. Aber um diese Leistungen zu vollbringen, müssen Wissenschaftler und Ingenieure, die an nanoskaligen Materialien arbeiten, noch besser verstehen, wie sich nanoskalige Materialien verhalten und wie sie zuverlässig synthetisiert werden können.

Einige Anwendungen sind näher am Markt als andere. Zum Beispiel haben Forscher wie Prof. Naomi Halas und Jennifer West an der Rice University gemeinsam eine Krebsbehandlung mit Gold-Nanohüllen entwickelt. Die Behandlung befindet sich noch in der Entwicklung, könnte aber in naher Zukunft ihren Weg in klinische Studien finden.