Nanotechnologie

Nanotechnologie

Neuer Hype oder alter Hut?

Wenn man den Begriff nicht zu eng fasst, dann sind nur der Name und die heutigen M√∂glichkeiten neu an der Nanotechnologie. Nanopartikel, also feinste Teilchen, die auch unter sehr guten Lichtmikroskopen nicht zu sehen sind, nutzt der Mensch hingegen schon sehr lange. So haben bereits die √Ągypter vor rund drei Jahrtausenden Tinte mithilfe von Ru√üteilchen hergestellt, die nur etwa 20 Nanometer oder anders ausgedr√ľckt 20 Milliardstel Meter gro√ü sind. Im Mittelalter hat man rot gef√§rbtes Glas f√ľr Kirchenfenster mit "nanofeinen" Goldteilchen angefertigt. Und schon in den 1920er Jahren wurden Autoreifen mit winzigen Teilchen amorphen Kohlenstoffs beschichtet und damit leistungsf√§higer gemacht. Erst mit der einsetzenden "Nano-Euphorie" erhielten dann l√§ngst auf dem Markt befindliche Produkte die Vorsilbe "nano".

Aber was ist dran an der Nanotechnologie und was l√∂st die aktuelle Popularit√§t der Thematik aus? Zun√§chst einmal ist zu kl√§ren, was Nanotechnologie √ľberhaupt ist. Nanotechnologie befasst sich, allgemein gesprochen, mit Strukturen, die unterhalb einer Gr√∂√üe von 100 Nanometern, beziehungsweise 0,1 Millionstel Metern, liegen. Dies sind Dimensionen, die sich von einem klassischen Lichtmikroskop nicht mehr darstellen lassen, sondern nur mit modernen hochleistungsf√§higen Elektronenmikroskopen f√ľr das menschliche Auge sichtbar gemacht werden k√∂nnen. Damit ist auch schon ein Gro√üteil der Erkl√§rung gegeben, warum Nanotechnologie im engeren Sinn ein Resultat unserer heutigen Zeit ist.

Obwohl es bereits fr√ľher Nanoteilchen gab und der Mensch sie f√ľr seine Zwecke mehr oder weniger gezielt eingesetzt hat, schufen erst die relativ neuen technischen Entwicklungen, wie das Rasterelektronenmikroskop, die Voraussetzungen f√ľr weitere technische Fortschritte im Reich der Zwerge ("Nano" von altgriechisch "Zwerg"). In diesen Dimensionen ver√§ndern sich die Eigenschaften von Materialien mitunter radikal: Stoffe, die den elektrischen Strom normalerweise nicht leiten, k√∂nnen in der Nanodimension hervorragende Leiter sein, chemisch nicht reaktionsf√§hige Stoffe k√∂nnen h√∂chst reaktiv werden, Farbe, H√§rte etc. sind anders als bei Materialien unserer Wahrnehmungswelt.

Dies h√§ngt damit zusammen, dass die Oberfl√§che von Nanopartikeln im Vergleich zu ihrer Masse gigantisch zunimmt und sich viel mehr Atome an dieser Oberfl√§che befinden, welche das Material wiederum viel reaktiver machen k√∂nnen. Ein weiterer entscheidender Aspekt f√ľr das im Vergleich zu gr√∂√üeren Materialeinheiten andere Verhalten von Nanomaterialien ist, dass auf der Ebene von einzelnen Molek√ľlen und Atomen die physikalischen Gesetzm√§√üigkeiten unserer Anschauungswelt quantenphysikalischen Effekten weichen.

Es liegt auf der Hand, dass sich die Nanotechnologie nicht einer einzelnen Disziplin wie beispielsweise der Chemie oder Physik, zuordnen l√§sst. Sie ist vielmehr ein √úberbegriff oder eine Plattform f√ľr eine Vielzahl von Anwendungen und Produkten, die disziplin√ľbergreifend entwickelt werden.

Moderne Anwendungen der Nanotechnologie

Es ist keine Frage: Derzeit herrscht "Goldgräberstimmung" in Wissenschaft, Technik und Industrie, was die Nutzungspotenziale der Nanotechnologie betrifft. Es vergeht kaum ein Tag, an dem nicht eine Nachricht in den Medien zu finden ist, die schier unglaubliche Möglichkeiten der Nanotechnologie preist. Viele dieser Möglichkeiten, sei es die Lösung unserer Energieprobleme oder die gezielte Zerstörung von Krebstumoren mittels Nanomaterialien, sind jedoch noch Zukunftsmusik.

Dennoch ist die Nanotechnologie bereits in erheblichem Umfang in unsere allt√§gliche Umgebung vorgedrungen, wenngleich zu bemerken ist, dass nicht √ľberall wirklich "Nano" drin ist, wo "Nano" drauf steht. Dabei sind die gegenw√§rtigen Produkte in der Regel nicht ann√§hernd so spektakul√§re wie die "Nanovisionen", welche h√§ufig durch die Medien vermittelt werden. Eine wichtige Anwendung von "Nanoprodukten" ist schon heute die Materialbeschichtung. Gegenst√§nde werden dadurch entweder kratzfest oder selbstreinigend (Lotuseffekt).

Viele Sonnencremes enthalten nanoskaliges Titandioxid als Schutzschild gegen die UV-Strahlen der Sonne. Es sind auch mittlerweile K√ľhlschr√§nke auf dem Markt, deren Innenfl√§che mit "Nanosilber" verg√ľtet ist und diese antibakteriell wirken l√§sst. "Nanosilber" wird seit l√§ngerem auch in der Medizin verwendet, beispielsweise als Beschichtung von antiseptischen Wundverb√§nden. Erste funktionelle Lebensmittel auf Basis von nantechnologisch entwickelten Containern, die Wirkstoffe im K√∂rper gezielter an den Ort des Bedarfs bringen oder allgemein deren Bioverf√ľgbarkeit erh√∂hen sollen, sind ebenfalls bereits auf dem Markt. Und, last but not least, sind moderne Computerprozessoren oft so klein, dass sie aufgrund obiger Definition in den Bereich der Nanotechnologie fallen.

Chancen und Risiken durch Nanotechnologie und Nanoteilchen

Zweifelsfrei bietet die Nanotechnologie vielf√§ltige M√∂glichkeiten und Potenziale f√ľr Fortschritte und f√ľr Verbesserungen unserer Lebenswelt. Allerdings ist die Nutzung solcher Technologien nicht ohne Risiken f√ľr Mensch und Umwelt. Einige Gef√§hrdungen sind bereits gut untersucht, da nanoskalige Teilchen nat√ľrlicherweise beispielsweise bei Waldbr√§nden oder Vulkanausbr√ľchen auftreten oder im Bergbau die Berufskrankheit Silicose (Staublunge) ausl√∂sen. Auch mit Blick auf die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub, der ebenfalls Nanoteilchen enth√§lt, liegen hinreichend Belege f√ľr dessen Sch√§dlichkeit vor, so dass weitreichende rechtliche Ma√ünahmen, wie lokale Fahrverbote f√ľr bestimmte Fahrzeuge, zum Schutz des Menschen ergriffen werden.

√úber m√∂gliche Risiken neuerer nanotechnologischer Entwicklungen, die bereits auf dem Markt sind oder vor der Markteinf√ľhrung stehen, ist oft weit weniger bis gar nichts bekannt. Vereinfacht gesagt, ist der technologische Vorteil von nanoskaligen Strukturen und Teilchen, n√§mlich ihre Winzigkeit, auch zu deren Nachteil, wenn es um den Schutz der Umwelt oder der Gesundheit geht: Sie sind so klein, dass sie die nat√ľrlichen Schutzschilde von Lebewesen, wie Haut, Darm, Plazenta, Blut-Hirnschranke oder gar Zellw√§nde und -membrane, durchdringen und so zu entz√ľndlichen Reaktionen oder weit Schlimmerem f√ľhren k√∂nnen. Ein weiteres Problem kann sich aus den auf "Nanoebene" ver√§nderten physikochemischen Eigenschaften ergeben, wie beispielsweise durch die ver√§nderte Reaktivit√§t, die nicht aus entsprechenden Eigenschaften von gr√∂√üeren Gef√ľgen desselben Materials abgeleitet werden kann.

Toxikologen, die angesichts der Nanotechnologie eine neue Disziplin gr√ľndeten, die Nanotoxikologie, mahnen denn auch zur Vorsicht im Umgang mit dieser Technologie. So konnte zum Beispiel in einem Tierversuch mit Fischen, die geringen Mengen an kleinsten Kohlenstoffteilchen, so genannten C60-Fullerenen, ausgesetzt wurden, gezeigt werden, dass die Gehirne der Tiere durch diese Partikel gesch√§digt wurden. Verst√§ndlicherweise geht eine m√∂gliche Gef√§hrdung weniger von solchen Nanopartikeln aus, die in einem festen Materialverbund, beispielsweise als Oberfl√§chenbeschichtung vorliegen als von ungebundenen, freien Nanopartikeln, die zu einer Exposition des Menschen und der Umwelt f√ľhren k√∂nnen.

Die Risikoforschung steht hier noch am Anfang und hinkt der rasanten Entwicklung von ‚ÄěNanoprodukten‚Äú weit hinterher.

Seit Dezember 2014 ist eine vom EU-Parlament verabschiedete Kennzeichnungspflicht f√ľr Lebensmittel wirksam, die sich auf den Einsatz von Nanomaterialien bezieht. Laut Lebensmittelinformationsverordnung m√ľssen ab diesem Zeitpunkt alle Lebensmittel, die Nanomaterialien enthalten, eindeutig gekennzeichnet werden. Im Zutatenverzeichnis folgt auf die Bezeichnung solcher Zutaten das in Klammern gesetzte Wort ‚ÄěNano‚Äú. Nach Kosmetika sind Lebensmittel die zweite Produktgruppe, bei der gekennzeichnet werden muss, ob sie Nanomaterialien enthalten. In vielen anderen Produkten, wie Reinigungsmitteln, Baumaterialien oder Kleidung, k√∂nnen Nanomaterialien jedoch weiterhin eingesetzt werden, ohne dass der Verbraucher es wei√ü.


Letzte Aktualisierung 06.08.2015

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