Was ist Nanotechnologie?

Nanotechnologie – auf kleinster Ebene in die Zukunft der Technologie?

Die Nanowissenschaft oder Nanotechnologie ist ein Forschungsgebiet, das sich mit den Eigenschaften von Materialien auf der Ebene von Atomen und Molekülen beschäftigt und der Frage nachgeht, welche technologischen Anwendungen sich daraus ergeben.

Was ist Nanotechnologie? – Definition

Der Begriff Nano leitet sich vom griechischen Wort nanos ab, das so viel bedeutet wie Zwerg. Ein Nanometer $\pu{(1 nm)}$ ist ein milliardstel Meter, also $\pu{10^-9 m}$. Um sich diese Größenverhältnisse besser vorstellen zu können, sind in der folgenden Tabelle einige Beispiele zusammengefasst:

Ziel der Nanotechnologie ist es, durch gezielte Manipulation bzw. Neuanordnung von Atomen und Molekülen neue Eigenschaften von Materialien zu generieren. Dabei macht sich die Nanotechnologie auch zunutze, dass auf atomarer Ebene die Gesetze der Quantenphysik gelten. Die Stoffe verhalten sich also anders als auf makroskopischer Ebene, also anders als in der Welt, die wir mit bloßem Auge erkennen können. So ist es möglich, dass sich Nanopartikel von selbst so anordnen, dass sie sich automatisch zu größeren Strukturen zusammenfügen. Dies ermöglicht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.

Anwendungsgebiet der Nanotechnologie

Im Folgenden werden einige der wichtigsten Anwendungen der Nanotechnologie vorgestellt:

Elektronik

Kohlenstoffnanoröhren und Graphen sind aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften die wichtigsten Materialien, wenn es um die Anwendung der Nanotechnologie in der Elektronik geht. Als Bauteile von Computern, Smartphones und vielen weiteren elektronischen Geräten verbessern sie deren Leistungsfähigkeit.

Außerdem findet die Nanotechnologie Anwendung bei der Entwicklung von Displays. Durch den Einsatz von Nanomaterialien können transparente und flexible Bildschirme hergestellt werden.

Medizin

In der Medizin kann die Nanotechnologie in Diagnose, Therapie und Medikation eingesetzt werden. So ist es möglich, mithilfe von Nanorobotern gezielt Krebszellen zu bekämpfen. Nanoroboter sind komplexe, kleine Maschinen, die auf bestimmte Reize reagieren können und daraufhin bestimmte Aktionen ausführen. Außerdem kann mit Nanorobotern eine gezielte Arzneimittelgabe realisiert werden. Auch die Beschichtung von Medikamenten mit Nanopartikeln kann dazu genutzt werden, das Medikament zielgenau in bestimmte Zellen zu transportieren. Dadurch wird die Effektivität der Behandlung erhöht und Nebenwirkungen werden minimiert. In der Diagnostik können Nanosensoren eingesetzt werden, um im Blut nach spezifischen Markern oder Krankheitserregern zu suchen. Die Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizin befinden sich aktuell in der Regel noch in der Entwicklungsphase und kommen noch nicht standardmäßig in der Therapie zum Einsatz.

Umwelttechnologie

Nanosensoren können eingesetzt werden, um z. B. die Wasserqualität zu beurteilen, indem Parameter wie pH-Wert, Wassertemperatur und Schadstoffkonzentration gemessen und ausgewertet werden. Außerdem können Nanomaterialien dazu genutzt werden, Schadstoffe aus Gewässern oder Böden zu entfernen. Im Bauwesen ermöglicht die Zugabe von Nanopartikeln in Baustoffen die Entwicklung nachhaltiger und energieeffizienter Gebäude, beispielsweise durch eine verbesserte Wärmedämmung.

Wie sicher ist die Nanotechnologie?

Immer wieder gibt es Diskussionen um die Frage, welche Risiken von der Nanotechnologie ausgehen und ob der Einsatz ethisch gerechtfertigt ist. Im Verhältnis zum Volumen besitzen Nanopartikel eine riesige Oberfläche. Reaktionen spielen sich immer an der Oberfläche von Materialien ab. Aus diesem Grund sind Nanomaterialien sehr reaktiv. Welche Auswirkung diese Eigenschaft auf Körper und Umwelt hat, muss vor dem Einsatz der Nanomaterialien genau untersucht werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, dass sich Nanopartikel im Gewebe und in der Umwelt ansammeln. Welche Reaktionen dies auslösen kann, muss vor der Anwendung einer bestimmten Technologie ebenfalls genau untersucht werden.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Nanotechnologie