Zwerge erobern die Welt - Nanotechnik im Alltag

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Zwerge erobern die Welt - Nanotechnik im Alltag

Immer wieder hört und liest man von "Nanotechnologie" als wichtigem Forschungsgebiet der Zukunft. Im folgenden Artikel verraten wir euch, was hinter dem Begriff steckt und wo sich Nanotechnik im Alltag verbirgt...

Wer sich als Forscher mit der Nanotechnologie beschäftigt, der muss sehr genau hinschauen. "Nano" kommt aus dem Griechischen und bedeutet Zwerg. Man untersucht Teilchen und arbeitet mit Bausteinen, die sehr, sehr klein sind. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. 1 Meter : 1000 = 1 Millimeter : 1000 = 1 Mikrometer : 1000 = 1 Nanometer.

Das ist ein Nanopartikel aus Gold. Die kleinen blauen Tupfer sind einzelne Goldatome.

Das kann man sich kaum vorstellen. Vielleicht hilft der folgende Vergleich: Ein Meter verhält sich zu einem Nanometer, wie die Erde zu einem Tischtennisball. Oder: Würde man jeden Menschen auf der Welt auf Nanomaßstab schrumpfen, dann würde die gesamte Weltbevölkerung, also 6 Milliarden Menschen, nebeneinander auf ein Reiskorn passen - und es wäre noch Platz zum Tanzen.

Was ist so interessant an winzigen Bausteinen?

Winzige Bausteine werden auch Nanopartikel genannt. Das können Moleküle sein, die nur aus wenigen Atomen bestehen. Es gibt auch Kohlenstoffröhrchen, die einige Nanometer Durchmesser haben, aber mehrere Millimeter lang sein können. Auch sie zählt man zu Nano-Werkstoffen. Aus solchen Röhren sollen früher oder später extrem belastbare Seile werden.

Das Modell eines Kohlenstoffnanoröhrchens. Der Durchmesser beträgt zwischen einem und 50 Nanometer, sie können aber sogar mehrere Zentimeter lang sein. Später sollen daraus einmal hochfeste Seile gemacht werden. Die Nanoröhrchen dienen auch in modernen Flachbildschirmen als Elektronenkanonen. Bild: Schwarzm/GFDL

Die Eigenschaften von Nanopartikeln unterscheiden sich deutlich von größeren Teilchen desselben Materials. Weil sie so klein sind, reagieren sie anders auf Temperatur oder Strom, auf Licht oder magnetische Felder, als man es normalerweise gewohnt ist. Diese veränderten Eigenschaften machen die Nanopartikel interessant, weil man so Sachen entwickeln kann, die es vorher nicht gab - Nanopartikel machen also Innovationen möglich.

Wo kommen Nanopartikel zum Einsatz?

Das weltweit führende Institut im Bereich der Nanomaterialforschung ist das Institut für Neue Materialien in Leipzig. Man arbeitet dort besonders im Bereich der chemischen Nanotechnologie. Angefangen bei selbstreinigenden Oberflächen, die Bakterien abtöten können über spezielle Textilien, die Gerüche und Krankheitserreger vernichten, bis hin zu Fenstern, die sich durch Anlegen einer Spannung verdunkeln.

Beschichtungen aus Nanopartikeln können auch Wärme sehr gut leiten. Während der Brenner mehrere hundert Grad hat, bleibt die andere Seite angenehm kühl.

Andere Anwendungen von Nanopartikeln wären neue Speichertechnologien für Computer oder spezielle und zuverlässige Filter, die Wasser besonders gut reinigen können. Auch Wandfarben, an denen kein Graffiti mehr haften bleibt, werden entwickelt. Und kratzfeste Autolacke sind auch kein Wunschtraum mehr. Es gibt auch neuartige flache Fernseher, in denen kleine Kohlenstoffröhrchen eingesetzt werden, so genannte Nanotubes (tube=eng. Röhre).

Kleine Helfer ganz groß - Nanopartikel in der Medizin

Ebenso gibt es im medizinischen Bereich Anwendungen für die Zwergenbausteine. Angefangen bei Sonnencremes, die besser vor gefährlicher UV-Strahlung schützen, über spezielle Kleidung für Neurodermitispatienten bis hin zu Implantaten, die vom Körper besser akzeptiert werden, weil deren Oberfläche mit Nanopartikeln behandelt wurden. Besonders interessant sind neue Formen der Krebstherapie: Eisenpartikel im Nanomaßstab werden direkt in die Krebszellen transportiert und dann durch ein Magnetfeld erhitzt. Dadurch wird der Tumor zerstört.

Ein Fenster, das durch Anlegen einer Spannung stufenlos verdunkelt werden kann. Kombiniert mit Solarzellen schützt so ein Fenster dann am meisten, wenn die Sonne am hellsten strahlt. Damit lassen sich Kosten für Klimaanlagen deutlich reduzieren.

Gibt es auch Gefahren durch Nano-Partikel?

Kleine Teilchen können auch gefährlich sein. Ein Beispiel aus der Nicht-Nanowelt: Ein Haufen Mehl kann nicht entzündet werden. Ist das Mehl aber als Staub fein in der Luft verteilt, kann es zur Explosion kommen. Die kleinen Mehlteilchen haben also eine andere Eigenschaft, nämlich Brennbarkeit, als der Haufen Mehl.

Ebenso ist es auch im Nanomaßstab. Stoffe, die im normalen Maßstab ungiftig sind, können womöglich giftige Wirkungen haben, wenn man sie als Nanopartikel verwendet. Es wird vermutet, dass sie tiefer in den Körper oder sogar in Zellen eindringen und so Krankheiten auslösen. Gefährlich sind die Partikel aber nur, wenn sie eingeatmet werden. Liegen Nanopartikel

in Feststoffen oder Flüssigkeiten vor, dann gibt es bislang keine gravierenden Bedenken. Wissenschaftler arbeiten eifrig daran, die Gefahren von Nanopartikeln zu erforschen und zu reduzieren.

Kann man auch Maschinen auf Nanomaßstab verkleinern?

Einige Labore und Institute arbeiten daran, winzigste Maschinen herzustellen, die aus Molekülen bestehen. Erst vor Kurzem gelang es, einen molekularen Motor herzustellen, der als Antrieb späterer Maschinen dienen könnte. Solche Maschinen könnten in der Zukunft in unserem Blut kreisen und besonders hartnäckige oder gefährliche Erreger abtöten.

Endlich hat Papa am Samstag mehr Zeit für euch, denn Autowaschen muss man dank des schmutzabweisenden Autolacks so gut wie nicht mehr.

Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt

Es gibt sogar noch fantastische Vorstellungen wie etwa so genannte Assembler ("Zusammensetzer"). Man gibt diesen Maschinen einige Ausgangschemikalien und Molekül für Molekül setzen diese Mini-Maschinen dann etwas größeres zusammen. Das ist noch Science-Fiction, wenn auch nicht ganz unvorstellbar.

Nano-Chat für Neugierige...

Wenn ihr jetzt neugierig auf Nanotechnologie geworden seid und Fragen dazu habt oder euch vorstellen könnt, in diesem Bereich zu arbeiten, dann merkt euch schon mal den 10. November 2005 vor. Denn an diesem Tag bietet das Bundesministerium für Bildung und Forschung zusammen mit WASISTWAS.de einen speziellen Chat für Kinder und Jugendliche zum Thema Nanotechnologie. Ein Experte von IBM wird euch dann Rede und Antwort stehen. Wir geben euch rechtzeitig Bescheid, wann und wo der Chat genau stattfindet.

Links:

Wer im Bereich der Nanotechnologie arbeiten möchte, muss nicht unbedingt studieren. Es gibt auch spannende Lehrberufe. Hier findest du mehr Informationen dazu.

Hier verbirgt sich die Seite der Entdecker des Lotuseffekts an der Uni Bonn

Wenn ihr schon etwas älter seid und einen engagierten Physiklehrer habt, dann könnt ihr euch mit dieser Anleitung ein eigenes Rastersondenmikroskop basteln.

Hier findet ihr viele schöne Rastermikroskopaufnahmen aus der Nanowelt. (Englisch)

Text: -jj- 28.10.2005//Bilder (Außer Kohlenstoffnanoröhre) Copyright Henning Christoph und Becker & Bredel und mit freundlicher Genehmigung des Leipziger Instituts für Neue Materialien

Hinweis: Im Archiv wurden alle Bilder und Links entfernt