Nanotechnologie: kleine Teilchen mit riesigem Potenzial

Nanotechnologie befasst sich mit der Erforschung, Erzeugung und Anwendung von Strukturen, die sich in mindestens einer Dimension (Länge, Höhe, Breite) im Bereich zwischen einem und 100 Nanometern (nm) bewegen. Ein Nanometer verhält sich dabei zu einem Meter wie der Durchmesser einer 1-Cent-Münze zu dem unseres Erdballs. Das Besondere an Nanopartikeln ist, dass sie andere Effekte zeigen als große Objekte des gleichen Materials.

Nanotechnologie verbindet zahlreiche Wissenschaftsdisziplinen miteinander. Sie fördert einerseits den Erkenntnisgewinn in der Grundlagenforschung, andererseits ist sie treibende Kraft für Anwendungsforschung und Produktion in nahezu allen Branchen. Zukünftig wird sie zahlreiche positive Beiträge für unsere Gesundheitsversorgung, zur Steigerung der Lebensqualität und zum Umwelt- und Klimaschutz leisten.

Klein und anders

Ein wichtiger Aspekt der Nanotechnologie ist, dass Teilchen, Schichten, Strukturen und Systeme mit Abmessungen von weniger als 100 nm in mindestens einer Dimension (Länge, Höhe oder Breite) andere Eigenschaften besitzen können als größere Objekte derselben Zusammensetzung. Ein Nano-Teilchen eines Materials unterscheidet sich dadurch in seinen optischen Eigenschaften, seiner elektrischen Leitfähigkeit, seinem Magnetismus, seiner chemischen Reaktivität, seinem Schmelzverhalten, seiner Härte oder seiner Fließeigenschaft.

Ein Beispiel, das sicherlich jeder – wenn auch unbewusst – schon einmal gesehen, hat ist Gold. Wenn nämlich Goldpartikel immer weiter bis auf wenige Nanometer verkleinert werden, ändert sich die Farbe von einem gelblichen Ton in purpurnes Rot – obwohl der Stoff zugleich chemisch unverändert bleibt. Früher machten sich diesen Effekt Kunsthandwerker beim Einfärben von Glas zunutze, das beispielsweise für die Gestaltung von Kirchenfenstern eingesetzt wurde. Mit anderen Materialien funktioniert es ebenso. Aber nicht nur die Größe ist entscheidend, auch die Form der Partikel kann ähnliche Effekte erzeugen. So zeigt sich, dass im Nanokosmos offenbar Gesetzmäßigkeiten eine wichtige Rolle spielen, die im makroskopischen Bereich zu vernachlässigen sind.

Innovation durch Nanotechnologie

Nanotechnologische Strukturen verblüffen immer wieder mit überraschenden Eigenschaften. Die Aufgabe der Forschung ist es, diese für die Menschen technisch nutzbar zu machen. Die wissenschaftlich-technischen Wurzeln der Nanotechnologie sind vielfältig: Physik, Chemie, Biologie, Ingenieurwissenschaften und Informatik sind die wichtigsten Disziplinen der Nanotechnologie. Genauso vielfältig ist die Nutzung von Nanostrukturen, denn als „enabling technology“ leisten sie einen oft unsichtbaren Beitrag zu Produkteigenschaften.

In der Medizin können durch Nanotechnologien Krankheitsverläufe besser nachvollzogen, früher erkannt oder besser behandelt werden. Sie können herkömmliche Produkte und Verfahren umweltverträglicher machen, indem sie Schadstoffe vermeiden oder dabei helfen, diese schneller abzubauen. Außerdem ermöglichen sie es, Strom auf kleinem Raum effizient zu erzeugen, zu speichern und zu leiten. Nanotechnologie hilft auch dabei, Geldfälschungen zu erschweren und Produkte zu markieren. Sehr glatte Nanoschichten oder dichte Anordnungen von wasser- oder fettabweisenden Nanoteilchen auf einer Oberfläche lassen Wassertropfen leicht ablaufen. Das Innovationspotenzial von Nanotechnologien ist so groß wie ihr Anwendungsgebiet.