Nanotechnologie

Die Nanotechnologie beschäftigt sich mit der Erzeugung, Erforschung und Nutzung extrem kleiner Strukturen. Die Vorsilbe "Nano" leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet so viel wie "Zwerg". Ein Nanometer (nm = milliardstel Meter) ist ein millionstel Millimeter und entspricht ca. einem Zehntausendstel der Stärke eines menschlichen Haares, womit man sich schon im ultrakleinsten Bereich der Atome und Moleküle befindet. Auf diese Länge lassen sich ca. vier bis sechs Atome nebeneinander unterbringen. Nanoskalige Partikel (Nanopartikel) oder Polymere (kleiner 100 nm) sind die Bausteine dieser Technologie. Durch den gezielten Aufbau von Materialien auf atomarer Ebene sowie die Nutzung besonderer Phänomene, die in diesem kleinen Maßstab auftreten, wird eine enorme Fülle neuer Möglichkeiten eröffnet und zwar in nahezu allen Bereichen, wie Energie- und Umwelttechnik, IT-Branche, Medizin, Pharma. Auf atomarer Ebene gibt es keine Grenzen mehr zwischen Chemie, Biologie und Physik, das ganze wird zu einer Querschnittstechnologie, d.h., bei vielen Branchen wird es keine Abgrenzungen mehr geben.


Im Bereich der Atome gewinnt der Quanteneffekt (Quant: als Teilchen aufgefaßte Energieeinheit eines physikalischen Feldes) bzw. die Quantenmechanik (Mechanik, die die quantenhafte Struktur der Energie berücksichtig) an Bedeutung, nämlich bei ultradünnen Beschichtungen. Egal, ob im Haushalt, der Automobilbranche, Flugzeugtechnik, Werkstofftechnik, Computerbranche, Nanopartikel ermöglichen es, Oberflächen extrem reiß- und kratzfest werden zu lassen, dauerhafter Korrosionsschutz, extreme Gleitfähigkeit.

Wenn man Moleküle, die unorganisiert in den Materialien umherschwirren, so strukturiert, dass jedes Atom dort sitzt, wo es soll, wird Unmögliches Möglich. Kontrolliert und dicht angeordnet, erhalten Werkstoffe neue Kraft. Produktionsprozesse werden einfacher, billiger und umweltfreundlicher. Die Nanotechnologie manipuliert Moleküle durch Strom, Magnetismus oder Chemie in der Weise, daß sie sich selbständig ordnen. Hierbei dient die Natur selbst als Vorbild: die Zelle und ihre Funktionen. Ziel der Nanotechnologie also ist es, daß sich Moleküle von allein anordnen und nicht von menschlicher Hand verschoben werden. Diese Moleküle sollten sich auch möglichst selbstreproduzieren, was den japanischen Wissenschaftlern mittlerweile schon gelungen ist.

Die Nanotechnologie wird zukunftsweisend für die nächsten Jahrzehnte sein und eröffnet neue Marktpotentiale. In Expertenkreisen und Medien wird sie als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Deutschlandweit wird die Forschung auf diesem Gebiet in Form von Projekten zwischen öffentlichen Forschungseinrichtungen und Unternehmen der Wirtschaft gefördert. Es existieren spezielle Kompetenzzentren, die sich durch ihre thematische Spezialisierung unterscheiden. Diese Kompetenzzentren sind vernetzt mit z.b. Großbetrieben, Hochschulen, Universitäten, Forschungsinstitute, Handelskammern. Risikokapitalgeber beteiligen sich ebenso an der Finanzierung der Projekte wie Bund und Länder.

So ist auch ein Wettkampf zwischen den USA, Japan und Europa entstanden. USA fördert den Zukunftmarkt bereits mit 500 Mio. US-$, Japan mit 250 Mio. US-$, Deutschland mit ca. 65 Mio. US-$. In diesem Jahr soll der Sektor nach Schätzungen des VDI bei 105 Milliarden DM liegen. Für das Jahr 2015 rechnet Mihail Rocco, Nano-Experte der amerikanischen National Science Foundation, mit einem Marktpotenzial von 1,5 Billionen DM. EU-Kommissar Philippe Busquin, der Europa innerhalb von zehn Jahren zur wichtigsten Technologieregion der Welt machen möchte, räumt ihr neben der Gentechnik eine herausragende Stellung ein. Im Forschungsrahmenprogramm für die Jahre 2003 bis 2006, dessen Entwurf im Dezember vor dem Europäischen Parlament diskutiert wird und der zu Beginn des neuen Jahres verabschiedet werden soll, will die EU fast drei Milliarden DM für die Förderung der Nanotechnologie bereitstellen.

Einführung in die Nanotechnologie

Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für eine weite Palette von Technologien, die sich mit Strukturen und Prozessen auf der Nanometerskala befassen. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10-⁹ m) und bezeichnet einen Grenzbereich, in dem mehr und mehr quantenphysikalische Effekte eine wichtige Rolle spielen.

Eine allgemein anerkannte Definition der Nanotechnologie existiert bis heute nicht. Im vorliegenden Bericht wird folgende, pragmatisch zu verstehende Definition verwendet:

• Nanotechnologie befasst sich mit Strukturen, die in mindestens einer Dimension kleiner als 100 nm sind.
  
• Nanotechnologie macht sich charakteristische Effekte und Phänomene zunutze, die im Übergangsbereich zwischen atomarer und mesoskopischer Ebene auftreten.
  
• Nanotechnologie bezeichnet die gezielte Herstellung und/oder Manipulation einzelner Nanostrukturen.

Es gibt zwei grundlegende Strategien, um in die Nanodimension vorzustoßen. Auf der einen Seite gibt es den sog. "Top-down"(=von oben nach unten)-Ansatz, der vor allem in der Physik und physikalischen Technik dominiert. Hier werden von der Mikrotechnik ausgehend Strukturen und Komponenten immer weiter miniaturisiert. Auf der anderen Seite steht der "Bottom-up"(=von unten nach oben)-Ansatz, bei dem immer komplexere Strukturen gezielt aus atomaren bzw. molekularen Bausteinen aufgebaut werden. Dieser Ansatz wird bislang eher durch die Chemie und Biologie repräsentiert, wo der Umgang mit Objekten in der Nanometerdimension seit langem vertraut ist.

Charakteristisch ist beim Übergang auf die Nanometerskala, neben der zunehmenden Dominanz quantenphysikalischer Effekte, dass Oberflächen- bzw. Grenzflächeneigenschaften gegenüber den Volumeneigenschaften des Materials eine immer größere Rolle spielen. Außerdem treten vielfach Selbstorganisations-Phänomene auf.

Als Basisstrukturen der Nanotechnologie werden betrachtet: punktförmige Strukturen, die in allen drei Dimensionen kleiner als 100 nm sind (z.B. Nanokristalle, Cluster oder Moleküle), linienförmige Strukturen, die in zwei Dimensionen nanoskalig sind (z.B. Nanodrähte, Nanoröhren und Nanogräben), Schichtstrukturen, die in nur einer Dimension nanoskalig sind, "inverse" Nanostrukturen, also Poren, sowie komplexe Strukturen wie z.B. supramolekulare Einheiten oder Dendrimere. Ohne Verfahren und Werkzeuge, mit denen die oben genannten Basisstrukturen hergestellt und analysiert werden können, wäre die Nanotechnologie nicht denkbar. Daher werden die damit assoziierten Technologien ebenfalls diskutiert.

Die Nanotechnologie erfordert einen hohen Grad an interdisziplinärer und transdisziplinärer Kooperation und Kommunikation. Dies liegt zum einen darin begründet, dass auf der Nanoebene Begriffswelten der Physik, Chemie und Biologie miteinander "verschmieren", zum anderen darin, dass die Methoden einer einzelnen Disziplin durch Verfahren und Fachkenntnisse aus den anderen Fachrichtungen ergänzt werden können oder müssen.

Handlungsbedarf

Die Voraussetzungen für die erfolgreiche Weiterentwicklung der Nanotechnologie und die breite wirtschaftliche und gesellschaftliche Nutzung ihrer Potenziale müssen geschaffen bzw. verbessert werden. Hieraus resultiert vielfältiger Klärungs- und Handlungsbedarf. Da sich die Nanotechnologie – insgesamt gesehen – noch in einem relativ frühen Stadium der Entwicklung befindet, kommt den Anforderungen an staatliches Handeln besondere Bedeutung zu.

Die Nanotechnologie muss in der öffentlichen Forschungsförderung ein prioritärer Bereich bleiben, damit die deutsche Forschung ihre derzeit starke internationale Position im Bereich der Nanotechnologie behaupten kann. Das Anwendungspotenzial und der ökonomische und gesellschaftliche Nutzen sollten als Beurteilungskriterien für öffentliche Förderung stärkeres Gewicht erhalten. Die Kompetenzzentren Nanotechnologie könnten eine aktivere und erweiterte Rolle bei der Umsetzung von Ergebnissen nanotechnologischer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten spielen.

Der Stand der Forschung über die potenziellen Umwelt- und Gesundheitswirkungen der Herstellung und Anwendung nanotechnologischer Verfahren und Produkte ist unbefriedigend. Erhebliche verstärkte Forschungsanstrengungen sind hier dringend erforderlich, da sich aus dem fehlenden Wissen um die Umwelt- und Gesundheitsfolgen Hemmnisse für die Markteinführung von Nanotechnologien ergeben könnten.

Forschung zu gesellschaftlichen und ethischen Aspekten der Entwicklung und verbreiteten Anwendung der Nanotechnologie sollte bereits jetzt initiiert werden. Fragen des Datenschutzes (insbesondere im medizinischen Bereich) und des Schutzes der Privatsphäre sollten regelmäßig hinsichtlich relevanter nanotechnologischer Neuentwicklungen wissenschaftlich untersucht und öffentlich diskutiert werden.

Die umfassende Information der Öffentlichkeit ist Voraussetzung einer rationalen gesellschaftlichen Auseinandersetzung mit der Nanotechnologie. Anzustreben wäre eine zentrale Informationsstelle für die breite Öffentlichkeit zum Thema Nanotechnologie. Dabei könnte auf die Informationsangebote der einzelnen Kompetenzzentren und auf andere nationale, europäische und außereuropäische Informationsportale zurückgegriffen werden.

Aus den Fortschritten in der Nanotechnologie – und aus der zunehmenden Konvergenz verschiedener Technologie- und Forschungsbereiche – entstehen neue Anforderungen an die Bildungspolitik. Interdisziplinäre Ansätze in Ausbildung und Nachwuchsförderung in der Nanotechnologie und verwandten Technologiebereichen müssen kontinuierlich und verstärkt gefördert werden. Sozial- und geisteswissenschaftliche Technikforschung sollte dabei mehr als bisher einbezogen werden. Der nanotechnologische Qualifizierungsbedarf verschiedener Berufsgruppen ist vertieft zu untersuchen und gegebenenfalls durch geeignete Qualifizierungsangebote abzudecken.

Politische Entscheidungen über die Notwendigkeit nanotechnologiespezifischer Regulierungen werden in absehbarer Zeit getroffen werden müssen. Für solche Entscheidungen sind die sachlichen Grundlagen zu schaffen. Dazu gehört – neben einer wesentlich verbesserten Datenbasis zu den Auswirkungen nanotechnologischer Verfahren und Produkte auf Umwelt und menschliche Gesundheit – eine systematische und umfassende Analyse des derzeitigen für Anwendungen der Nanotechnologie relevanten Rechtsrahmens. Die Einrichtung eines den weiteren Anwendungsprozess der Nanotechnologie begleitenden entscheidungsunterstützenden Monitoring-Programms sollte erwogen werden.

Quelle: http://www.tab.fzk.de