11.05.2001 · Winzige Bauteile in Nanometer-Größe haben oft andere Eigenschaften als das Material klassischerweise hat. Davon profitieren neue Technologien.
Von Cornelia Pretzer
© Uni Bonn
Tropfen auf Lotusblatt
Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Größenmäßig verhält sich ein Bauteil dieser Abmessungen zu einem Fußball wie ein Fußball zur Weltkugel. In dieser Größe sind auch die Bausteine der Natur. Oder, wie der Physik-Nobelpreisträger Horst Stormer sagte: „Die Nanotechnologie hat uns die Werkzeuge gegeben, mit der ultimativen Spielzeugkiste der Natur - Molekülen und Atomen - zu spielen. Alles ist aus diesen Teilen gebaut. Die Möglichkeiten, neue Dinge zu schaffen, scheinen grenzenlos.“
Die grenzenlosen Möglichkeiten beschränkt derzeit noch die Technik. Der Mensch kann die kleinsten Strukturen erst begrenzt nutzen. Doch Anwendungen und Ideen gibt es schon genug. Dabei kommen sich die Arbeitsfelder von Physikern, Chemikern, Biologen und Ingenieurwissenschaftlern immer näher, wenn auch aus unterschiedlichen Richtungen.
Kleinste Bauteile
Mechanisch gesehen werden die Bauteile immer kleiner. So ist das, was sich Mikroelektronik nennt, in vielen Fällen schon Nanoelektronik. Michael Hirschfeld, Chemiker beim Verein Deutscher Ingenieure (VDI) im Kompetenzfeld Nanotechnik: „Schrauben Sie Ihr Handy auf, das ist voller Nanoelektronik.“ Doch auch immer kleinere Speicher und immer schnellere Datenübertragung sind nur mit kleinsten Bauteilen möglich. Dabei wird wohl Licht bald die elektronische Übertragung ablösen. Denn die Mechanik stößt in so kleinen Abmessungen an ihre Grenzen. Quantenmechanische Effekte kommen zum Tragen, bei denen sich Schalter und Ströme nicht mehr verhalten wie klassisch gewohnt.
© AP Graphics Bank
Lotus
Neue Materialien
In kleinen Skalen verhalten sich Stoffe auch auf anderem Gebiet anders als gewohnt. So halten beispielsweise Lotus-Pflanzen ihre Blätter mit nanometergroßen Strukturen sauber. Die Oberflächenstruktur verändert die Oberflächen- beziehungsweise Grenzflächenspannung so, dass Wassertropfen sich fast zu Kugeln zusammenziehen. Dadurch rollen sie bei geringster Neigung vom Blatt, nehmen dabei Schmutz und Keime von dem Blatt mit und hinterlassen, sollten sie dann doch liegen bleiben, beim Verdunsten viel kleinere Spuren. Die Reliefs aus Zellen mit Wachsbeschichtung bilden Firmen nach, um Oberflächeneigenschaften zu verbessern. Die Firma Nanogate zum Beispiel beschichtet Waschbecken und Druckwalzen. Die Selbstreinigung spart chemische Reinigungsmittel ein und erhöht bei den Walzen die Nutzungszeit. Die Firma Oxonica beschichtet Textilien, so dass Zelte und Jacken sich selbst reinigen. Degussa arbeitet an Glasfassaden oder Autobahnschildern mit der selben Eigenschaft.
Auch auf kosmetischem Gebiet bergen Nano-Materialien neue Möglichkeiten. Sie können mit Partikeln, die kleiner sind als die Wellenlänge von Licht, Farben manipulieren. Bestimmte Stoffe nehmen besonders viel UV-Licht auf. Eine mögliche Anwendung ist Sonnencreme, die UV- zum großen Teil absorbiert, aber das normale Licht durch lässt.
Auf Zellgröße
In der Biotechnologie können Forscher Zellen mit neuen Eigenschaften versehen. Ein Gebiet, dass noch in den Kinderschuhen steckt, sei dabei das Drug Targeting, sagt Hirschfeld. Wirkstoffe erhielten Adressaufkleber in Form von Molekülen. Im Körper würden dadurch die Stoffe erst da freigesetzt, wo sie wirken sollten. Auch in Diagnostik und Lebensmitteldesign würde Nanotechnologie eingesetzt. Hand in Hand mit der Materialforschung gehen neuartige Überzüge, die Implantate länger haltbar und besser verträglich machen.
Ein Beispiel für Krankheitsbekämpfung mit Nanotechnologie ist die Hyperthermie. Sie basiert darauf, dass Krebszellen beim Erhitzen bei niedrigeren Temperaturen absterben als gutartige Zellen. Da nicht der ganze Körper ohne gesundheitsschädigende Wirkung erwärmt werden kann, werden eisenhaltige Flüssigkeiten in Tumore transportiert. Einem Magnetfeld ausgesetzt, erhitzen sich dann ausschließlich diese Bereiche.
