Nanotechnologie

Nanotechnologie auf Stein sichtbar
Nanotechnologie

Unsere Welt ist aus Atomen und Molekülen aufgebaut. Die Forschung im Bereich zwischen der Atomgröße und einer Größe von rund 100 nm (Nanometer, das sind 0,0001 mm) wird als Nano-Technologie zusammengefasst.

In diesem Bereich sind zum Teil andere physikalische Gesetze wichtig als sie für „große“ Gegenstände maßgeblich sind. Oberflächengestaltungen und Bindungskräfte spielen bei der Nanotechnologie eine deutlich wichtigere Rolle als bei Gegenständen oder Oberflächen im Alltagsmaßstab, hinzu kommen quantenphysikalische Effekte. Dabei lassen sich Eigenschaften oft sehr gut modellieren. Das ist der wesentliche Zweck der Forschung im Nano-Bereich. Die Forschungsgebiete im Bereich der Nanotechnik lassen sich dabei unterteilen in:

  • Nanomaterialien
  • Nanoelektronik
  • Nano-Chemie
  • Nano-Maschinen (Nano-Bots)
  • Nano-Technologie im Lebensmittelbereich (Nano-Food)
  • Medizinische Anwendungen im Bereich der Nano-Technologie (dazu gehört im weitesten Sinn auch die Gentechnik)

Die Forschung in der Nanotechnologie ist also in sehr vielen ganz unterschiedlichen Bereichen tätig, in nahezu jedem traditionellen Forschungsbereich (Physik, Chemie, Biologie, Maschinenbau, Lebensmitteltechnik, Medizin) beschäftigt man sich auch mit Gegebenheiten im Bereich von Milliardstel Millimetern.

Dazu gehört auch die Erforschung von Nanotechnologie in der Natur, in der Nanoteilchen und winzige Ausformungen der Oberfläche oft eine wichtige Rolle spielen: nanometergroße Haare auf Fliegenbeinen machen es der Fliege möglich, an der Decke zu laufen, der Antrieb von Bakterienzellen wäre in großem Maßstab physikalisch gar nicht denkbar, sondern funktioniert nur durch unterschiedliche physikalische Gegebenheiten im Nanometerbereich, er ist eine echte Nano-Maschine. Auch die Schalen von Muscheln und unsere Knochen wären ohne bestimmte Strukturen im Nanometer-Bereich deutlich weniger stabil, enthalten also ebenfalls Nano-Technologie.

Heutige Anwendungen der Nanotechnologie

Der Quantencomputer oder sogenannte Nanoröhren als hoch leistungsfähiges Material sind als Nanotechnologie noch Zukunftsmusik. In anderen Bereichen setzt man aber heute Nano-Technologie sogar sehr häufig ein – oft ohne dass es jemandem bewusst wäre.

Ein gutes Beispiel für Nanotechnologie in unserem Alltag ist der Lotos-Effekt auf Oberflächen, der noch relativ weithin bekannt ist. Durch spezielle Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich (die man auch gut aufsprühen kann) werden Oberflächen so umgestaltet, dass sich wie beim Lotosblatt Wasser dort nicht halten kann und sofort abfließt. Dadurch kann auch kein Schmutz an der Oberfläche haften, er wird von jedem Wassertropfen sofort abgespült. Auch bei Kleidung kommen solche schmutzabweisenden Beschichtungen an der Oberfläche oft zum Einsatz.

In vielen technischen Bereichen kommen dagegen Nanomaterialien und Strukturen zum Einsatz, ohne dass es explizit erwähnt würde. So basiert die Schutzfunktion von Sonnencremes etwa auf dem nanoskaligen enthaltenen Titandioxid. Durch seine Nanoskaligkeit sind diese Teilchen nicht mehr erkennbar, bedecken unsere Haut aber vollständig und blocken so ultraviolette Strahlungen ab.

In Lacken und Farben sind häufig Zusatzstoffe in Nanopartikel-Größe enthalten, viele Plastikflaschen enthalten auf der Innenseite Nanosilikate, die Fließeigenschaften von dickflüssigen Substanzen aus der Flasche heraus verbessern sollen. In einer simplen Ketchup-Flasche kann also durchaus Nano-HighTech stecken. Auch Zahnärzte verwenden heute bereits standardmäßig Füllmaterialien, die nanotechnologisch verbessert sind.

Kritik und Risiken der Nano-Technologie

Wir verlassen uns gewöhnlich sehr stark auf unsere Augen, um Dinge – und auch Gefahren – einzuschätzen. Wenn Stoffe und Materialien auf eine Weise verändert werden, die unsere Augen nicht mehr wahrnehmen können, wie bei der Nanotechnologie, löst das zumindest Unbehagen und Unsicherheit aus.

Besondere – auch realistische – Gefahren können von in unserer Umwelt befindlichen und sich frei bewegenden unsichtbaren Nanopartikeln ausgehen. Der Effekt ist vergleichbar mit der Schadwirkung von Asbest, das an sich ein sehr hochwertiger und brauchbarer Stoff wäre, der allerdings feinste Fasern und Stäube abstößt, die lungengängig sind und vom Körper nicht mehr ausgeschieden werden kann. Solche Asbestosen können nicht nur schwerste Atemeinschränkungen sondern langfristig auch schwerste Lungen- und Herzschäden verursachen.

Die Veränderung von Lebensmitteln (Nano-Food), die bereits heute aktiv angewendet wird, um etwa unlösliche Vitamine löslich zu machen, Farben oder Geschmäcker zu verändern oder die Lichtbeständigkeit von Produkten zu erhöhen, könnte kaum abschätzbare und bislang kaum erforschte Effekte im menschlichen Körper haben. Mikroplastik ist um ein Vielfaches größer als Nanopartikel – und selbst das kann schon enormen Schaden anrichten. In Studien wurden auch immer wieder eigenartige und zum Teil sehr massive biologische Reaktionen von Testtieren auf Nanopartikel und Nano-Moleküle beobachtet, die mit der Art des eingesetzten Stoffs nicht zu erklären oder zu erwarten waren – es muss in diesen Fällen allein an der geringen Größe des Stoffs liegen, die diese unerwarteten und nicht vorhersehbaren Reaktionen auslöst.

Nicht zuletzt die Gentechnik ist ein Bereich, der schon lange sehr kontrovers diskutiert wird. Gezielte technische Veränderungen am Erbmaterial von Nahrungspflanzen oder überhaupt an menschlichen oder tierischen Körperzellen können unabsehbare Folgen haben.

Kritik gibt es vor allem daran, dass viele Nanotechnologien heute bereits in großem Umfang eingesetzt werden, mögliche Risiken aber kaum erforscht sind und die Forschung im Bereich möglicher Schäden auch nur sehr halbherzig und sehr hinkend vorankommt. Sicherheitsstandards und Vorschriften werden nur sehr zögerlich erlassen, obwohl allein schon für Beschäftigte an solchen Arbeitsplätzen enormes Expositionsrisiko besteht. Im Grunde weiß man von staatlicher Seite aber oft gar nicht, an welchen Aspekten überhaupt Sicherheitsrisiken erforscht werden sollten, dafür ist das allgemeine Wissen über nanotechnologische Gegebenheiten noch viel zu gering.

Fazit

Nano-Technologie bietet eine Dimension sehr großen Potenzials an neuen technischen Möglichkeiten, teilweise aber auch eine Vielzahl von – teils völlig unkalkulierbaren und noch völlig unerforschten – Risiken. Der breite Einsatz von Nanomaterialien in bereits sehr vielen heutigen Produkten sollte aber zumindest dazu führen, diese Risiken in Zukunft mit mehr Druck deutlich besser zu erforschen, auch die Risiken von Menschen, die in der Herstellung von Produkten arbeiten, bei denen Nano-Technologie oder Nano-Partikel eingesetzt werden. Damit wären wir auch für die Risiko-Abschätzung bei zukünftigen Entwicklungen deutlich besser gerüstet.

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