Nano-Technologie – was ist das?

Definition Nano-Technologie

1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter – also eine für den menschlichen Geist fast unvorstellbare Dimension. Nano-Technologie bewegt sich in Größenordnungen von 1 bis 100 Nanometern. Die Primärteilchen (Moleküle) von amorphen Siliciumdioxid sind beispielsweise 5 – 50 Nanometer groß und bilden im festen Zusand Strukturen von 150 bis 200 Nanometer.

Nanotechnologie (aus dem Altgriechischen von: nanos = Zwerg) beschreibt die Herstellung, Untersuchung und Anwendung von Strukturen, molekularen Materialien, inneren Grenz- und Oberflächen mit mindestens einer kritischen Dimension oder mit Fertigungstoleranzen (typischerweise) unterhalb 100 Nanometer. Entscheidend ist dabei, dass allein aus der Nanoskaligkeit der Systemkomponenten neue Funktionalitäten und Eigenschaften zur Verbesserung bestehender oder Entwicklung neuer Produkte und Anwendungsoptionen resultieren.

Die Nanotechnologie verheiratet Bereiche der Physik, Chemie und Biologie. Neben einem Objekt in Nano-Größe ist zum Beispiel eine Bakterie geradezu ein Riese, denn ein Nanometer (Einheit abgekürzt: nm) entspricht einem Milliardstel Meter. “Nano-Teilchen” kommen in verschiedener Formen vor und bestehen aus nur wenigen Molekühlen. In Kombination können sich mehrerer solcher Teilchen zu größeren Nano-Objekten verbinden, deren Eigenschaften man nutzen kann.

Nanometrologie

Die dimensionelle Nanometrologie (von: altgriech. νᾶνος [nános] „Zwerg“ sowie griech.: μέτρον métron „Maß, -messer“) ist die Wissenschaft und Anwendung von Messungen der Dimensionen von Objekteigenschaften, Abständen und Verschiebungen im Bereich 1 bis 1000 nm[1]. Mit einer sich entwickelnden Nanotechnologie entsteht ebenfalls der Bedarf nach einer Qualitätssicherung in der Nanometer-Dimension. Metrologische Methoden und Techniken sind aufgrund von physikalischen Skaleneffekten nicht ohne weiteres aus der “Makro”-Dimension übertragbar. Die Nanometrologie ist ein Gebiet aktueller Forschung.

Ist Nano-Technologie gesundheitsschädlich?

Allgemein hält man Nano-Teilchen für etwas Künstliches. Aber Nano-Teile sind seit längerem aus der Natur bekannt und diese Teilchen sind in Ihrer Wirkung auf den Menschen bisher wenig erforscht. Neben natürlichen Nanobestandteilen in Organismen und Pflanzen werden besonders bei Verbrennungs-Prozessen Nanoteilchen freigesetzt und über weite Entfernungen transporiert. Im Ruß von Autoabgasen, Kerzenflammen und Zigarettenrauch finden sich Nanoteilchen, bekannt auch als Feinstaub. Ob und in welcher Intensität solche Nano-teilchen für den menschlichen Körper schädlich sind, wird gerade erst erforscht. Nachdem einige solcher Stoffe bereits als krebserregend eingestuft wurden, sollte man solchen in der Umwelt freigesetzten Teilchen möglichst auf dem Weg gehen. Bei künstlich hergestellten Nano-Teilchen verfolgt die Wissenschaft das Ziel, neue Materialien mit vorteilhaften Eigenschaften herzustellen. Dass heißt, wenn ein solches Produkt auf den Markt gelangt, steckt intensive Forschung und Erkenntnis dahinter, was dieser Stoff bewirken kann. Bei einer experimentellen Krebstherapie werden zum Beispiel Nanopartikel ins Tumorgewebe eingebracht und mit externer Energiequelle erhitzt, um die Krebs-Zellen zu zerstören.

Anwendungsfelder der Nano-Technologie

Nano-Technologie in der Oberflächen-Veredelung

Oberflächen Versiegelung mit Nano Technologie
Oberflächen Versiegelung mit Nano Technologie

Auf dem Markt befinden sich bereits seit einigen Jahren Oberflächen-Veredelungs-Produkte mit dem Namen “Nano”. Die Meisten dieser Produkte wie zum Beispiel klassische Autopolituren verdienen ihn nicht, da sie Wachse, modifizierte Polymere (künstliche Wachse) und/oder andere Materialien auf Oberflächen aufbringen und durch auspolieren eine dünne, aber meist wirkungsvolle Schutzschicht erzeugen. Nano-Versiegelung, egal ob für Autolack oder Autoglas sind jedoch in Ihrer Molekuarchemie so modifiziert, dass die Teilchen der Versiegelung auf atomarer Ebene ideal zu den Teilchen der zu versiegelnden Fläche passen. Im Idealfall können sie deshalb eine sehr starke kovalente Verbindung eingehen. Kovalente Bindung (ältere Begriffe: Atombindung, Elektronenpaarbindung oder homöopolare Bindung) ist eine Form der chemischen Bindungen und als solche für den festen Zusammenhalt von Atomen in molekular aufgebauten chemischen Verbindungen verantwortlich. Man hat also nur den Aufbau des Molekühls optimiert. Diese Art von Nano-Technologie hat damit nichts mit kleinen herumschwirrenden Teilchen zu tun, die möglicherweise Schaden anrichten, sondern es ist eine Optimierung chemischer Bestandteile eines Produktes auf molekularer Ebene, also in nano-Größe.

Nano-Technologie in der Ernährung

Nanopartikeln wedrden im Nahrungsmitelbereich gern in Trägersystemen, bei Verpackungsmaterialien und für die Oberflächenbeschichtung eingesetzt. Trägersysteme bieten eine bessere Bioverfügbarkeit von gesundheitsfördernden Inhaltsstoffe und vor unerwünschten Einflüssen wie Sauerstoff, Licht und negativen pH-Werten schützen können. In Verpackungsmaterialien nutzt man die Barriereeigenschaften von nanopartikulärem Ton zum Schutz des Nahrungsmittels vor Licht, Sauerstoff und Austrocknen. Beimengungen nano-partikularer Stoffe verbessern Eigenschaften und Stabilität von Verpackungen, wie zum Beispiel Titannitrid-Nanopartikel in Getränkeverpackungen. Die Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) überwacht und genehmigt die Verwendung solchen Zusatzstoffe. Nano-Oberflächenbeschichtungen helfen bei der Herstellung von Easy-to-Clean Oberflächen zum Beispiel zur kostensparenden Reinigung von Küchenwerkzegen oder Produktiontechnik von Lebensmitteln.

Besondere Bedeutung hat die Nano-Oberflächenveredelung zur Herstellung von antimikrobielle Oberflächen. beispielsweise wird Silber in Nanostrukturen dafür verwendet. Die Erforschung solcher Anwendungsfelder steht jedoch noch ganz am Anfang einer bedeutenden Entwicklung der Materialwissenschaften.

 

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