Nano sells

Die Nanotechnik wandert in das Supermarktregal

Die Nanotechnologie verspricht wahre Wunder für neue Materialien mit fantastischen Eigenschaften. Die öffentliche Hand fördert die innovative Forschung mit umfassenden Programmen. Vieles ist noch reine Vision, aber inzwischen stehen in den Regalen der Supermärkte schon die ersten Produkte mit Nanopartikeln und die Wissenschaftler gründen zunehmend eigene Firmen, um die Ergebnisse ihrer Forschungen gewinnbringend zu vermarkten.

Verkleinert man Materialien zu winzigen Partikeln, so verändern sich ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. In der Zwergenwelt (griechisch nanos = Zwerg) gelten ganz eigene Gesetze. Ein klassisches Beispiel dafür ist Gold. Schon die Glaskünstler des Mittelalters entdeckten dessen nanotechnologische Eigenart, als sie Goldstückchen in geschmolzenes Glas gaben, um durch Wiedererwärmung nanometergroße (ein Nanometer (nm) = ein Milliardstel Meter = 0,000001 mm) Goldpartikel zu erhalten, die das Glas rot färbten (Glaswochen der FH Nürnberg: Goldrubinglas nach original historischem Rezept).

Lotuseffekt einer Oberfläche durch Nanobeschichtung, hier blaue Wassertropfen auf Holz, das mit einem wasserabweisenden Spray von BASF behandelt wurde (Bild: BASF)

Die Idee der sich selbst replizierenden mechanischen Nanobots geistert seit Mitte der 80er Jahre durch die Köpfe, ist aber immer noch Science Fiction. Die Frage, ob es derartige winzigen Maschinen, die Atome und Moleküle durch präzise gesteuerte Reaktionen zu einem gewünschten Endprodukt zusammensetzen, überhaupt jemals geben wird, ist wissenschaftlich umstritten (Riesenstreit im Zwergenland).

Die so genannten Nano-Assembler haben in der Theorie die Fähigkeit, viele Materialien aus den winzigsten Bausteinen der Natur in fast jeder Umgebung zusammen zu bauen und sich außerdem selbst reproduzieren zu können. Diese kleinen Roboter stellen die Krönung des "Bottom Up"-Ansatzes der Nanotechnologie dar, der wörtlich von unten nach oben versucht, Methoden der Selbstorganisation auf molekularer oder nanokristalliner Ebene auszunutzen. Vorbild ist die Natur, z.B. eine biologische Zelle.

Womit in den Laboratorien der Universitäten und der Industrie meistens gearbeitet wird, ist der "Top Down"-Ansatz, dabei werden aus größeren Formaten nanostrukturierte Elemente herausgetrennt. Das funktioniert also von oben nach unten, vom Größeren zum Kleineren. Die so gewonnen Nanopartikel sind bereits in einer Vielzahl von alltäglichen Produkten enthalten, die auf dem Markt erhältlich sind und die speziellen Eigenschaften der winzigen Zwerge nutzen. Ein inzwischen schon klassisches Beispiel ist Sonnencreme (Nano-Sonnencreme). Ein Renner auf dem Markt sind auch Nano-Oberflächenversiegelungen, die dafür sorgen sollen, dass Materialien länger halten und weniger verschmutzen (vgl. Mynano und Nano-X). Nanotechnologie ermöglicht die Produktion besonderer Farben ( Schmetterling als Vorbild für Farbstoff), leichtere Autos mit Reifen, deren verästelte Struktur aus Ruß-Nanopartikeln besteht (Mit dem Auto in die Nanowelt), verbesserter Reinigungsmittel ( Henkel-Forscher entwickeln revolutionäre Nanopartikel) oder strikt geradeaus fliegende Golfbälle (Nano-Golfbälle sollen Handicap verbessern).

Auch mit dem Lotus-Effekt operierendes Nano-Schuhspray (Bild: W.D.Roth)

Revolutionieren soll die Nanotechnologie auch den Elektronikmarkt und die Medizin. Erst kürzlich entwickelten japanische Forscher einen künstlichen Nano-Zahnschmelz, der im Frühstadium von Karies das Bohren des Zahnarztes überflüssig machen soll (Er hat ja gar nicht gebohrt).

Gleichzeitig debattieren die Wissenschaftler immer noch heiß über die Risiken der Nanotechnologie, denn in der Zwergenwelt entwickeln einige an sich harmlose Alltagsmaterialien plötzlich höchst giftige Eigenschaften. Und wie in der Natur freigesetzte Nanopartikel abbauen werden, oder ob sie sich im Zweifelsfall als unverrottbar erweisen, weiß auch noch niemand (Heftige Diskussion um Nanotechnologie).

Eine Studie der Deutschen Bank geht davon aus, dass der Weltmarktanteil direkter Nanoprodukte 2010 bei rund 220 Milliarden Euro liegt wird. Andere Marktanalysen rechnen mit bis zu 700 Milliarden Euro.

Die öffentliche Hand fördert die Nanotechnologie großzügig. In Deutschland gab es vergangenes Jahr rund 250 Millionen Euro, die EU-Kommission stellt pro Jahr bis zu 150 Millionen Euro zur Verfügung, in den USA hob der Präsident die Unterstützung auf 849 Millionen Dollar jährlich an. In der Bundesrepublik nutzen 450 bis 500 Industrieunternehmen (Nanotechnologie News: Firmen Deutschland) die Nanotechnologie bereits in Forschung, Entwicklung und Produktion.

Im Dezember wurde eine Studie der Innovations- und Technikanalyse (ITA) des Bundesforschungsministeriums vorgestellt, die besagt, dass durch die Nanotechnologie in den kommenden zwei Jahren bis zu 10.000 weitere Arbeitsplätze in Deutschland entstehen können. Die Bundesrepublik steht in der Nano-Forschung im internationalen Vergleich an zweiter Stelle hinter den USA. Es hapert allerdings an der Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte, deswegen gibt es diesbezüglich nur Rang drei hinter den USA und Japan.

Längst gibt es international einen Trend, wissenschaftliche Erkenntnisse möglichst direkt zu patentieren und zu vermarkten. Deutlich wird das auch im Bereich der Nanotechnologie. Die New York Times berichtete kürzlich über einige Umsetzung der Nano-Forschung in die Praxis.

Da ist zum Beispiel Paul Alivisatos, Professor für Chemie an der University of California in Berkeley, der mit Nanopartikeln von Halbleitern wie Silizium und Galliumarsenid arbeitet. Er ist begeistert von den vielen Möglichkeiten der Zwergenwelt:

Das eröffnet neue Wege, um die Eigenschaften von Materialien zu kontrollieren. Statt die Zusammensetzung zu verändern, kann man die Größe verändern.

Alivisatos ist Gründer der Firma Quantum Dot Corporation in Hayward, die es sich zum Ziel gesetzt hat, durch den Einsatz von Nanopartikeln biologische Reaktionen in lebenden Zellen zu verfolgen.

Auch Chad A. Mirkin, Direktor am Institute for Nanotechnology der Northwestern University in Illinois, widmet sich der Erforschung des Einsatzes von Nanopartikeln in der Medizin. In der Diagnose von Krankheiten werden zum Beispiel fluoreszierende Moleküle an Antikörper gebunden. Mirkin hat sie durch Goldnanopartikel ersetzt, die mit Molekülen verbunden sind. Letztere tragen spezielle DNS-Abschnitte in sich und funktionieren als eine Art biologischer Barcode. Dadurch konnte die Diagnostik-Methode wesentlich präzisiert werden. Das gilt nach neusten Erkenntnissen vor allem für die Früherkennung von Alzheimer (Extrem sensitiver Alzheimer-Test entwickelt). Vermarkten wird die wissenschaftlichen Durchbrüche die von Mirkin gegründete Firma Nanosphere.

Einen viel versprechenden Ansatz zur Bekämpfung von Krebs verfolgt Naomi J. Halas, Nanoingenieurin von der Rice University im texanischen Houston. Ihre Forschungsgruppe schuf Nanoschalen aus Gold, winzige Sphären mit oder ohne Kern. Einige wurden dafür maßgeschneidert, Infrarotlicht zu absorbieren und sich dadurch aufzuheizen. Werden diese Nanoschalen in einen Tumor eingebracht und der Körper dann mit Infrarotlicht bestrahlt, bleibt das umliegende Gewebe kühl und unberührt, nur die Krebszellen werden durch die entstehende Hitze gezielt abgetötet. Zusammen mit einer Kollegin hat Naomi Halas Nanospectra Biosciences) gegründet, um die Nanoschalen auf den Markt zu bringen.

Da bleibt es für die geschäftstüchtigen Wissenschaftler nur zu hoffen, dass weitere Studien nicht bestätigen werden, dass Nanopartikel im Körper toxisch wirken oder Immunsystemreaktionen auslösen, wie kritische Stimmen befürchten (Risiken der medizinischen Nanotechnologie).

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