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Die spannende Zukunftswelt der Nanotechnologie

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Die Natur mach es vor

Vor allem im Bereich der Materialwissenschaften gab es viele Entdeckungen, als man begonnen hat, Materialien im Nanobereich zu erzeugen. Einer der bekanntesten Effekte kommt aus der Natur: Die wasserabweisende Lotus-Seepflanze war das Vorbild für die Erzeugung von extrem wasserabweisenden Oberflächen. Diese Anwendung von Nanotechnologie wird kommerziell eingesetzt. Zu Beginn der Erforschung dieses „Lotuseffekts“ ging man davon aus, dass die Pflanze eine besonders glatte Oberfläche haben müsste, von der Wasser und andere Flüssigkeiten einfach abperlen. Doch mit Hilfe leistungsstarker Mikroskope konnte das Geheimnis der Lotuspflanze gelüftet werden. Eine spitze Struktur aus einer Art Wachs bedeckt die Blätter. Die Pflanze war alles andere als glatt! Auf der Größenebene dieser Nanospitzen sind Wassertropfen immens viel größer als die Oberflächenstruktur, sodass das Wasser nicht zwischen die Spitzen laufen kann. Stattdessen perlt es einfach ab. Eine solche Oberfläche kann man inzwischen auch chemisch erzeugen und damit Materialien vor Verschmutzung schützen. Manchmal werden diese Materialen auch als „selbst-reinigend“ bezeichnet, da das abperlende Wasser Schmutz gleich mit abwäscht. Für Autoscheiben, Duschen, Dachziegel oder sogar Kleidung ist diese Nanobeschichtung erhältlich.

Veränderte Oberflächen sind auch auf Solarzellen sinnvoll. Normalerweise wird ein Großteil des Sonnenlichtes, das auf eine Solarzelle trifft, wieder davon weg gespiegelt. So sinkt der Anteil des Sonnenlichtes, welcher in Strom umgewandelt werden kann. Diese Spiegelung kann verhindert werden, indem man Pyramiden oder Höcker mit wenigen Nanometern Höhe auf die Solarzellen aufbringt. Nun wird ein Teil des Lichts in die Zelle hinein gespiegelt. Der Wirkungsgrad steigt damit; es kann bei gleicher Einstrahlung mehr Strom erzeugt werden. Solarzellen können so dünn sein, dass sie sogar durchsichtig werden. In wenigen Jahren könnte es damit möglich werden, dass einfach alle Fensterflächen zur Energieerzeugung eingesetzt werden und man nicht mehr nur auf Dächern Solarzellen anbringt.

REM-Aufnahmen einer Kohlenstoffnanoröhre
Kohlenstoffnanoröhre

Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt ein Röhrchen, dessen Durchmesser etwa ein Fünftel so groß ist, wieder der eines menschlichen Haares.

Neue Favoriten

Kleine „Helden“ der Nanoforschung sind sogenannte Nanoröhrchen und ihre Verwandten, die „Buckyballs“. Beides sind Objekte aus Kohlenstoff: Röhren und Bälle, die nur wenige Nanometer groß sind. Sie haben interessante Eigenschaften. Bringt man Nanoröhren aus Kohlenstoff etwa in Stahl ein, erhöht sich dessen Zugfestigkeit um ein Vielfaches! In Kunststoff lässt sich mit der Zugabe von Nanoröhren die Bruchfestigkeit verbessern. Dies ist natürlich sinnvoll, um haltbare Materialien herstellen zu können. Gerade in der Industrie oder bei Autos gehen Maschinen aus solchen Materialien seltener kaputt. Auch in der Medizin will man die Kohlenstoff-Bällchen einsetzen, etwa zur Behandlung von Krebs. Hierbei versucht man, magnetische Nanoteilchen in die Krebszellen einzuschleusen, um sie anschließend von außen zum Vibrieren zu bringen. So können die Nanoteilchen die kranken Zellen von innen zerstören, ohne gesundes Gewebe zu beschädigen. Vielleicht lassen sich auch Medikamente mit Hilfe von Kohlenstoff-Bällen verpacken und somit zielgenauer in den Körper bringen.

Risiken und Nebenwirkungen

Genau erforscht ist der Effekt von Nanoteilchen im Körper noch nicht. In einigen Sonnencremes ist heute z.B. der chemische Stoff Titandioxid enthalten, der auch in Nanogröße vorkommen kann und die UV-Strahlen der Sonne reflektieren soll. Man weiß nicht, ob diese Nanoteilchen in den Körper gelangen und wenn ja, ob sie schädlich wirken. Wer sich unsicher ist, sollte auf die Verwendung von titandioxidhaltigen Kosmetika und Cremes verzichten – eine Studie des Bundesministeriums für Risikobewertung ergab auch, dass die Mehrheit der Menschen dem Einsatz von Nanotechnologie in Lebensmitteln und Kosmetika ablehnend gegenübersteht.

Es bleibt spannend

Es gibt also noch viele Chancen für die Nanotechnologie: immer schnellere Computertechnik, fortschrittliche Displays, schnell-ladende Akkus oder besonders widerstandsfähige Lacke für Autos. Vielleicht kann man in naher Zukunft auch Tumore mit fortschrittlicheren Behandlungsmethoden auf der Basis von Nanotechnologie bekämpfen. Doch die Risiken vor allem in körpernaher Anwendung müssen untersucht und kontrolliert werden. Es bleibt spannend.

Der Kelch des Lycurgus hat übrigens die spannende Eigenschaft, dass er im normalen Licht grün schimmert, beim Durchleuchten aber plötzlich rot glüht! In dem Glas des Kelches befinden sich Goldpartikel in Nanometergröße, die für den Farbwechsel verantwortlich sind. Nicht schlecht für ein Kunstwerk aus dem 4. Jahrhundert. Der Kelch steht heute in London, wo er Besucher immer noch fasziniert.

Sebastian Martin
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