Nanotechnik 2005


29.12.2005
Die Risiken der Nanotechnik

Erste Studien zeigen, dass Nanotechnik – wie alle Technologien – Gefahren birgt. Die hier vorgeschlagene Klassifizierung in drei Risikoklassen: isolierte, bioaktive und disruptive Nanotechnik will eine Grundlage für die bevorstehende Nanorisikodebatte schaffen.
Paper für Chaos Communication Congress, Dezember 2005 (PDF), zuerst erschienen in Technology Review 11/05


27.12.2005
Eine Folie für alle Lebenslagen

Ein simples Verfahren weist den Weg zur industriellen Verwertung von Nanotubes: als Heizmaterial, Leuchtstreifen, Werkstoff für schusssichere Westen und noch mehr.
Technology Review (PDF)


2.12.2005
Schnitzel aus der Petri-Schale

Nano for food: Die Nanotechnik erobert die Lebensmittelindustrie. Das hat für den Verbraucher Vorteile - hilft Nano auch im aktuellen Fleischskandal? Ein Überblick.
Freitag 48/2005


13.10.2005
Schrumpf das Labor
Seine Chips verkauft er in alle Welt. Sie messen die Wirkung von Medikamenten auf einzelne Zellen. Dafür hat Niels Fertig, Physiker und Mitgründer des Startups Nanion, den Nanowissenschaftspreis 2005 erhalten.
Die Zeit (PDF)


22.9.2005
Vorsicht vor den kleinen Teilen
Die britische Nanojury, die erste Bürgerjury in Europa, hat ihr Urteil über Nanotechnologie gefällt. Sie fordert Prioritäten in der Forschungsförderung und umfangreiche Tests vor der Zulassung.
taz (PDF)


1.9.2005
Vorwärts immer, rückwärts nimmer
Sieben Thesen zur Nanotechnik: Risikoklassen vs. Ansätze für eine linke Technikpolitik als Grundlage für eine bislang fehlende Debatte, welche Nanotechnik wir wollen.
Kommentare, Widerspruch und Ergänzungen bitte an nbo@bitfaction.com
Papier für einen Nanotechnik-Workshop auf dem Buko-Bundeskongress in Hamburg,
Version 2.0, September 2005
(PDF)


25.8.2005
Der lange Weg von Nano zu Makro

Überblick: Erste, vergleichsweise einfache nanotechnische Produkte sind bereits auf dem Markt. Doch wie baut man aus winzigen Bauteilen geordnet komplexe Systeme wie Nanochips?
Technoloy Review, September 2005 (PDF)
Interview mit Eric Drexler: Abschied vom "Engines of Creation"-Konzept - warum Nanoroboter nicht mehr nötig sind.
Porträt einer Vision: Eric Drexler und Ralph Merkle wollen Nanomaschinen entwickeln, die beliebige Gegenstände Atom für Atom zusammenbauen können.
Technoloy Review, September 2005 (PDF)



1.6.2005

Intro: Die Lage der Nanotechnik
Wie riskant ist die Nanotechnik? Die Debatte geht weiter
Nanotube Watch #4
Neues aus der Forschung
Einige Bücher und Studien zur Nanotechnik
Einige interessante Links

Das gesamte Update kann auch als PDF-Datei zum Ausdrucken heruntergeladen werden.

Seit April 2005 gibt es übrigens eine italienische Ausgabe des Buches. Sie ist bei Orme Editori in Mailand erschienen.

Intro: Die Lage der Nanotechnik

Knapp zehn Monate sind seit dem letzten Eintrag vergangen. Eine lange Zeit, in der auf einem noch so jungen und im Aufbruch begriffenen Gebiet wie der Nanotechnik unglaublich viel passiert, sollte man meinen. Die Realität sieht etwas bescheidener aus und lässt sich in drei Beobachtungen zusammenfassen:

1. Einen außergewöhnlichen Durchbruch in Forschung oder Technologieentwicklung hat es nicht gegeben. Die Nachrichten der vergangenen zehn Monate sind im Wesentlichen „könnte“-Botschaften: Mit dieser oder jener Entdeckung könnte man demnächst Krebs heilen, ganz kleine Speicherchips bauen oder endlich die molekulare Elektronik verwirklichen. Also das, was wir vorher auch schon gehört haben: Im Prinzip ist dies und jenes nun möglich, jetzt müsssen wir sehen, wie man es praktisch im großen Maßstab umsetzt.
Klar, dass das kein Sturzbach ist, keine Lawine, die alles mitreißt. Die Nanotechnik gleicht eher einem breiten Strom, der sich träge, aber unaufhaltsam durch eine Ebene frisst. Eine Unzahl von Kongressen, öffentlich geforderten Forschungsprojekten und News zeigen aber, dass hier wirklich eine Umwälzung stattfindet, die sich nur nicht in das Raster medialer Hypes zwängen lässt.

2. Der von manchen erhoffte, von anderen beschworene Börsenhype um Nanotech-Firmen blieb aus. Die Bäume wachsen nicht in den Himmel und eine Wiederholung des Internet-Booms wird es nicht geben, denn Nanotechnik entsteht bislang nicht in der Garage oder am PC, sondern im teuren Labor. Sie lässt sich nicht schnell im dreimonatigen Alleingang so wie die revolutionäre Napster-Software (1999) herstellen.
Der für August 2004 angekündigte Börsengang von Nanosys, den manche schon mit jenem von Netscape – der Geburtsstunde der New-Economy-Rally – verglichen hatten, wurde abgesagt. Der Merrill Lynch Nanotech Index ist seit seinem Start am 1.4.2004 um 28 Prozent gefallen, der Punk Ziegel Nanotechnology Index seit dem 31.12.2003 um 29,75 Prozent.

3. Die möglichen Risiken der Nanotechnik werden allmählich ernster genommen, aber noch immer nicht öffentlich diskutiert. Alle führenden Industrieländer haben inzwischen Studien zu potenziellen Gefahren veröffentlicht, meist dicke Bände, in der Technikfolgenabschätzer nüchtern das Für und Wider abwägen, einige Empfehlungen aussprechen und das Fehlen ausreichender Forschungsdaten anmahnen. So nüchtern allerdings, dass sie die Öffentlichkeit damit bisher nicht erreichen. Das hat zur Folge, dass die Bedeutung der Nanotechnik auch im Frühjahr 2005 noch nicht breit diskutiert wird.
Einzig in Großbritannien gibt es etwas mehr Bewegung: Hier haben die Tageszeitung The Guardian, Greenpeace UK sowie zwei Forschungsinstitute in der vergangenen Woche eine „Nano Jury“ aus unvoreingenommen Bürgern mit der Aufgabe betraut, die Chancen und Risiken der Nanotechnik aus der Sicht von Laien zu formulieren (mehr dazu unten). Genau so, wie es der amerikanische Techniktheoretiker Langdon Winner 2003 vorgeschlagen hatte (s. „Nano?!“, Kap. 20, S. 177).


Wie riskant ist die Nanotechnik? Die Debatte geht weiter

Milliardenmärkte, „zweite Industrielle Revolution“, unerhört leistungsfähige Computer, das Ende der Krebserkrankungen, die Lösung des Energieproblems jenseits von Kohle, Öl und Atomkraft – die Positivliste der Nanotechnik liest sich beeindruckend. In den nächsten Jahren wird vieles davon Realität werden, dazu bedarf es keiner Hellseherei. Aber auch die Negativliste wird allmählich länger, und es sind nicht nur kritische Umweltaktivisten, sondern auch Wissenschaftler, die darauf drängen, die Risiken rechtzeitig zu klären. In den letzten Monaten habe verschiedene Forschungsarbeiten weitere Probleme zutage gefördert.

Antibakterielle Wirkung von Buckyballs: US-Forscher haben kürzlich entdeckt, dass winzige Klumpen von Buckyballs, jene fussballartigen Kohlenstoffmoleküle (C60), gut wasserlöslich sind im Unterschied zu einzelnen Buckyballs. Damit könnten sie sich in Böden ausbreiten und mit Bakterien wechselwirken. „Wir haben herausgefunden, dass solche C60-Aggregate eine ordentliche antibakterielle Wirkung haben“, sagt Joseph Hughes, Umweltingenieur an der Georgia Tech University. „ Das könnte man für ungemein gute Anwendungen nutzen, es könnte aber auch Auswirkungen auf die Gesundheit von Ökosystemen haben.“ Deshalb sei es nötig, diese in einem frühen Stadium der nanotechnischen Entwicklung zu erforschen, so Hughes. (Bericht)

Buckyballs und Leberzellen: Bereits im vergangenen Herbst hatten Chemiker um Vicki Colvin von der Rice University bekannt gegeben, dass Buckyballs Leber- und Hautzellen schädigen können. Sie hatten entsprechende Zellkulturen 48 Stunden verschiedenen Konzentrationen von Buckyballs ausgesetzt. Ergebnis: Eine Konzentration von 20 parts per billion (Teilen pro Milliarde Lösungsmolekülen) töte die Hälfte der Zellen in der Kultur ab, teilte Vicki Colvin mit. Erst als sie an den Oberflächen der Buckyballs verschiedene Molekülgruppen anlagerten, nahm deren toxische Wirkung ab. (Bericht)

Nanotubes in der Lunge: John T. James vom Nasa Johnson Space Center veröffentlichte im März auf der Jahrestagung der amerikanischen toxikologischen Gesellschaft neue Erkenntnisse zu Kohlenstoff-Nanotubes, langen Röhrenmolekülen, die wie die Buckyballs eine neue Form des Kohlenstoffs darstellen. Sie spritzten Labormäusen Nanotubes in die Lunge. Nach einer Woche und dann noch einmal nach drei Monaten untersuchten sie die Nager und stellten fest, dass die Nanotubes im Unterschied zu Russpartikeln, wie sie überall in der Luft umherschwirren, schwere Lungenschäden angerichtet hatten. Einige Versuchstiere seien sogar daran gestorben, berichtete James. (Bericht)

Nanopartikel in landwirtschaftlichen Produkten: Die kanadische ETC Group veröffentlichte im Herbst den Report „Down on the Farm. The Impact of Nano-scale Technologies on Food and Agriculture“. Die acht Mann starke ETC Group, bislang die einzige nanokritische Organisation, forscht nicht selbst, sondern wertet wissenschaftliche Arbeiten und industrielle Anwendungen aus. Ihre Bedenken richten sich zum einen gegen Pestizide, die in Nanokapseln mit verschiedenen chemischen Eigenschaften eingeschlossen werden. Auf diese Weise soll genauer gesteuert werden, wann und wie die Pestizide auf einem Feld freigesetzt werden. Wegen der geringen Größe, argumentiert die ETC Group, sei aber nicht klar, ob solche Nano-Pestizide nicht auch von Pflanzen aufgenommen und damit in die Nahrungskette gelangen könnten. Die Technologie der Nanoverkapselung könnte außerdem eines Tages auch in neuen biologischen Waffen eingesetzt werden, befürchten die Kanadier. Anlass zur Besorgnis gäben auch Forschungsprojekte wie mit Buckyballs versehener Dünger (Japan) oder das Besprengen von Tomatensträuchen mit Eisen-Nanopartikeln, um das Keimen zu erleichtern (Russland). Immer vor dem Hintergrund, dass bisher nicht genug über die toxischen Wirkungen dieser Teilchen bekannt ist.
Ein weiteres Problem stellten die ökonomischen Umwälzungen dar, die ein Siegeszug perfekter Nanotextilfasern – die etwa schmutzabweisend oder besonders robust sind – für die Baumwollproduzenten der Dritten Welt darstellen. Dasselbe Problem stelle sich auch bei Naturkautschuk, dem Ausgangsmaterial für Gummi, das durch neue Nanomaterialien völlig vom Markt verdrängt werden könnte.
„Einige Nahrungsprodukte, die unsichtbare und nicht geregelte nanoskalige Zusatzstoffe beinhalten, sind bereits auf dem Markt“, schreibt die ETC Group. Sie fordert deshalb, dass neben einer breiten gesellschaftlichen Debatte etwa die Welternährungsorganisation der UNO „sofort die sozioökonomischen Bedeutung [von Nanotechnik] für Bauern, Lebensmittelsicherheit und nationale Regierungen“ untersuchen müsse.

Wutausbruch: Derartige Vorstösse sind bei den Anwälten des Nanotech-Fortschritts nicht gern gesehen. Josh Wolfe von Lux Capital, einer der führen Nanotech-Analysten der USA, schimpfte kürzlich in einem Artikel, eine „grüne Gang“ von selbst ernannten Nanotech-Gegnern sei dabei, die öffentliche Meinung zu manipulieren wie vor Jahren in der Gentechnikdebatte. „Die Nanotechnik steckt noch in den Kinderschuhen“, so Wolfe. „Das letzte, was wir jetzt brauchen, ist eine &Mac226;gesellschaftliche Debatte’ und eine scharfe staatliche Aufsicht.“ Damit dürfte er wohl einigen aus der Nanocommunity aus dem Herzen gesprochen haben. Die Öffentlichkeit überzeugt man so nicht.

Besonnere Stimmen: Diese harsche Reaktion steht allerdings in deutlichem Kontrast zu den Befunden sämtlicher Studien zur Sicherheit der Nanotechnik in den vergangenen Monaten. So lautete etwa das Fazit von Royal Society und Royal Acadamy of Engineering aus Grossbritannien: Technisch produzierte Nanoteilchen sollten bis zum Beweis des Gegenteils erst einmal als potenziell gefährlich eingestuft werden. „Als Unternehmer und Wissenschaftler haben wir die Pflicht, verantwortungsvoll mit der Technologie umzugehen, deswegen können und müssen wir die Chancen und Risiken analysieren und den öffentlichen Dialog suchen“, hat Rüdiger Naß, Geschäftsführer der Nanogate Technologies GmbH und Initiator des EU-Projekts NANOSAFE erklärt. (Pressemitteilung)

Die Nano Jury: Wie das aussehen könnte, machen uns die Briten vor, die hierzulande ja gerne wie die Amerikaner als laxe Verfechter eines schrankenlosen Kapitalismus gesehen werden. Am 25. Mai nahm die britische Nano Jury ihre Arbeit auf. Dieses Projekt wurde von der Tageszeitung The Guardian, Greenpeace UK, dem IRC der Nanotechnology University of Cambridge und Forschungszentrum für Politik, Ethik und Life Sciences der University of Newcastle aus der Taufe gehoben und könnte zum Modellfall dafür werden, wie man es besser macht als zu Zeiten der Einführung der Gentechnik. Die Jury besteht aus 20 Bürgern, die alle keine Nanoexperten sind. Ihnen zur Seite gestellt werden zwei Beratungsgruppen aus Umweltexperten und Wissenschaftlern. In zehn Sitzungen werden die Juroren bis Ende Juni Empfehlungen für die britische Politik und die Nanocommunity ausarbeiten, welche Anwendungsgebiete für die Gesellschaft besonders nützlich und welche mit Samthandschuhen angefasst werden sollten. Nach der ersten Sitzung stellte eine der beteiligten Wissenschaftler, Richard Jones, anerkennend fest: „Man muss kein Expertenwissen haben, um eindringliche Fragen zu stellen.“ Offenbar ist der einfache Bürger, entgegen den Befürchtungen eines Josh Wolfe, sehr wohl in der Lage zuzuhören und rational über ein so komplexes Gebiet wie die Nanotechnik zu diskutieren.

Der Nanologue: Auf EU-Ebene wurde im März außerdem der „Nanologue“ gestartet, „ein europaweiter Dialog über die Vorteile und Risiken sowie die sozialen, ethischen und gesetzlichen Implikationen der Nanotechnik“. Geleitet wird der Nanologue vom Wuppertal Institut, in den Achtzigern bekannt geworden als einer maßgeblichen umweltpolitischen Thinktanks in Deutschland. Er solle eine neutrale Grundlage für die Diskussion schaffen, „die helfen wird, transparente und vertrauensbasierte Prozesse der Nanoforschung in der nahen Zukunft in Gang zu setzen“, sagt Volker Türk vom Wuppertal Institut. Das klingt zwar etwas technokratisch, könnte aber in der Tat die Voraussetzungen schaffen, dass wir EU-Bürger dieses Mal ein Wörtchen mitzureden haben, wie die nächste Technikwelle aussehen soll. Der Schock über die Ablehnung der Gentechnik in den Neunzigern sitzt Wissenschaft und Industrie in den Knochen, und in zahlreichen Artikeln und Vorträgen betonen Nanotechnologen immer wieder, dass man nicht noch einmal den Fehler machen wolle, über die Köpfe der Verbraucher hinweg neue Technologien auf den Markt zu bringen. Nehmen wir sie beim Wort und beteiligen wir uns.


Nanotube Watch #4

Kommen wir zu den Lieblingen der Nanoforscher: den Kohlenstoff-Nanotubes. Dass diese Wundermoleküle (s. „Nano?!“, Kap. 8, S. 70ff) nicht unumstritten sind, hatte ich in einem älteren Update bereits geschrieben. Im Labor kann man die tollsten Sachen mit ihnen anstellen, aber zu wirklich bahnbrechenden Produkten hat es bisher nicht gereicht. Doch die Forschergemeinde lässt nicht locker. Jeden Monat veröffentlicht sie neue Möglichkeiten, Nanotubes einzusetzen. Hier sind einige:

Nanoreagenzglas: Wissenschaftler der University of Nottingham haben die Röhrchen ins Guinness Buch der Rekorde gebracht: als kleinstes Reagenzglas der Welt. Sie ließen im Innern einer 1,2 Nanometer breiten und 1 Mikrometern langen Röhren eine so genannte Polymerisation ablaufen. Dabei verbanden sich in ihrem Inneren lauter kleine Buckyball-Oxide, aufgereiht wie Erbsen in einer Schote, zu einem langen Makromolekül. Das ganze dauerte drei Tage und lief bei einer Temperatur von 250 Grad Celsius ab. (Bericht)

Reinheit: Chemiker des japanischen AIST-Institutes haben herausgefunden, dass sich die Reinheit von Nanotubes auf einen Kohlenstoffgehalt von 99,8 Prozent steigern lässt. Hierzu gibt man dem Dampfgemisch aus Ethylen, Helium und Wasserstoff, in dem die Röhrchen langsam auf einem Katalysatorgrund aufwachsen, eine kleine Menge Wasserdampf bei. (Bericht) Diese Entdeckung ist deshalb wichtig, weil die Qualität von Nanotubes bislang weder einheitlich noch zufriedenstellend ist. Das Marktforschungsunternehmen Lux Research hatte im Dezember 2004 ein Unternehmen zitiert, dass in Nanotubes verschiedener Hersteller Reste des Eisenkatalysators fand, die bis zu 30 Prozent der Materialmenge ausmachten. Derartige Verunreinigungen etwa in Autoreifen würden jeden Reifenhersteller binnen kurzem aus dem Markt kicken. Aber die Nanotechnik steht ja auch erst am Anfang.(Bericht)

Knick: An der University of California San Diego sind geknickte Nanotubes hergestellt worden. Der Trick besteht, vereinfacht gesagt, darin, die Röhren in einem elektrischen Feld wachsen zu lassen. Ändert man die Richtung des Feldes, wachsen sie in der neuen Richtung weiter. Fast so wie sich Bäume im Laufe der Jahre in die vorherrschende Windrichtung neigen. Die Nanohäkchen sollen als Hebel für Rastersondenmikroskope nützlich sein. (Bericht)

Neuer Monitor: Der Elektronikhersteller Motorola hat vor kurzem den Prototypen eines NED-Bildschirms vorgestellt. NED steht für „Nano-emissive Display“. Hierbei wurden die lichtaussendenden Nanotubes als geordnete Bündel direkt auf die gläserne Rückseite des Monitors aufgedampft und nicht wie bei bisherigen Ansätzen (etwa von Samsung, s. „Nano?!“, Kap. 11, S. 98) als Paste aufgetragen. Dadurch hat sich die Bildqualität drastisch verbessert. Hinter jedem Pixel liegen drei Nanotube-Bündel, für die drei Grundfarben, aus denen ein Bildpunkt zusammengesetzt ist. Der Monitor ist nur 3,3 Millimeter dick. Der Prototyp hat eine Diagonale von 5 Zoll, das entspricht der Displaygröße eines Handheld-Computers. Motorola schätzt, dass ein richtiger Fernsehbildschirm mit einer Diagonale von 42 Zoll eine elektrische Leistung von 75 Watt verbrauchen würde. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Flachbildschirm aus Flüssigkristallen kommt einschließlich der Hintergrundbeleuchtung auf 240 Watt. Die Tage, in denen wir einen ultraflachen Fernseher wie ein riesiges Poster an die Wand pinnen, dürften nicht mehr so fern sein. (Bericht)

Blutzuckersensoren: Nanotubes sind nicht unbedingt gut für unsere Gesundheit, wie wir gesehen haben. In der Medizin könnten sie allerdings segensreich sein. Amerikanische Forscher berichteten im Dezember 2004, dass sich mit Hilfe von chemisch veränderten Nanotubes der Blutzuckerspiegel messen lässt. Die Röhren wurden hierzu mit dem Enzym Glucose-Oxidase überzogen. Reagiert diese mit dem Blutzucker, ändert sich über eine chemische Reaktion die elektronische Struktur der Nanoröhren. Dies lässt sich dadurch feststellen, dass man die Nanotubes mit Laserlicht anregt. Je nach der Veränderung der Elektronenstruktur strahlen sie dann ihrerseits Licht ab, und aus diesem Lichtsignal lässt sich die Konzentration des Blutzuckers errechnen. Der Vorteil dieses Verfahrens sei, dass es sich für lang haltbare implantierbare Blutzuckersensoren eigne, sagte Michael Strano, der die Forschungsgruppe an der University of Illinois-Urbana/Champaign leitet. Nun gut, dann hätte man auf einmal doch wieder Nanotubes im Körper. Aber vielleicht ist das in diesem Fall ja harmlos. (Bericht)

Nanotubes in Zellen: Chemiker der Rice University in Houston, Texas, haben untersucht, was passiert, wenn Nanoröhren in weiße Blutkörperchen gelangen: Offenbar nichts. Schäden konnten die Forscher nicht entdecken, obwohl die Zellen bis zu 70.000 Nanotubes „verschlungen“ hatten.
Ein Forschungsteam aus London, Straßburg und Trieste hat die Kohlenstoffröhrchen ebenfalls mit Zellen in Berührung gebracht. In diesem Fall veränderten sie die Oberfläche der Nanotubes chemisch derart, dass diese wasserlöslich wurden, und hingen außerdem an ein Röhrenende einen DNS-Strang. In eine Zellkultur gegeben, schoben sich die so befrachteten Röhrchen durch die Zellmembranen, fungierten also als DNS-Fähre. Damit könnten sie für künftige Gentherapien interessant sein, in denen man kurze DNS-Abschnitte in kranke Zellen transportieren will, um deren Erbgut zu verändern. Diese künstliche Mutation soll dann den Heilungsprozess auslösen. (Pressemitteilung)

Nanobiowaffen? Sind Gentherapien an sich schon umstritten, dürften bei Skeptikern hier erst recht die Alarmglocken schrillen. Denn es sind genau solche nanomedizinischen Anwendungen, bei denen die Grenze zu neuen biologischen Waffen überschritten werden könnten. So hat sich in den letzten Monaten in einigen Nanoblogs bereits eine Debatte darüber entspannt, ob die gegenwärtigen Militärforschungsprojekte zur Nanotechnik, die ausschließlich als defensiv verkauft werden, nicht Augenwischerei sind (vgl. „Nano?!“, Kap. 17, S. 157). Die Mexikaner Juan Pablo Pardo-Guerra und Francisco Aguayo hatten kürzlich im Nanotechnology Law & Business Journal einen Aufsatz veröffentlicht, in dem sie die Entwicklung derartiger Nanobiowaffen in den nächsten zehn Jahren für möglich halten. (Bericht)
Das Foresight Institute – das sich gerade in Foresight Nanotech Institute umbenannt hat – kommentierte auf seiner Website den Artikel denn auch so: „Ein Nano-Wettrüsten steht bei den Befürchtungen der US-Öffentlichkeit an zweiter Stelle. Vielleicht sollte es eher die Nr. 1 sein (anstelle der [fortschreitenden] Überwachung).“


Neues aus der Forschung

Auch wenn ich eingangs etwas flapsig festgestellt habe, außergewöhnliche neue Entdeckungen seien nicht zu verzeichnen – natürlich gibt es sehr interessante neue Erkenntnisse. Angesichts der Fülle von wissenschaftlichen Aufsätzen seien hier kurz ein paar vorgestellt, ohne auf die komplizierten Details einzugehen. Sie sollen zeigen, auf wievielen verschiedenen Gebieten Nanotechnologen derzeit neue Anwendungen entdecken.

Nanoelektronik

Nanotube-Transistor-Rekord: Im November 2004 präsentierte Infineon den bislang kleinsten funktionierenden Nanotube-Transistor. Bei einer Kanallänge von nur 18 Nanometern zwischen Source- und Gain-Elektrode ist die Stromdichte in diesem Transistor zehnmal größer als in heutigen Siliziumtransistoren. Damit sei das Moore’sche Gesetz im Prinzip bis 2018 gerettet, so die Infineon-Forscher. Es besagt, dass sich die Zahl der Transistoren auf Chips bei gleicher Fläche etwa alle 18 Monate verdoppelt. Oder andersherum: die Transistoren müssen immer kleiner werden. Diese Verkleinerung wird, zumindest für heutige Siliziumtransistoren, irgendwann eine physikalische Grenze erreichen (s. „Nano?!“, Kap. 13, S. 101), jenseits derer nur noch ganz Prozessortechnologien funktionieren. (Pressemitteilung)

Nanospeicher: Im Dezember 2004 gab ebenfalls Infineon bekannt, die bislang kleinste nichtflüchtige Speicherzelle der Welt konstruiert zu haben. Nichtflüchtig bedeutet, dass der gespeicherte Bitwert erhalten bleibt, wenn die Stromzufuhr abgeschaltet wird. Die nur 20 Nanometer große Zelle (Fachausdruck: FinFET) benötigt nur 100 Elektronen, um den Bitwert auch über Jahre zu speichern. Bisher galten 1000 Elektronen als das absolute Minimum. Mit diesem Speicherkonzept sind Flashkarten, wie sie in MP3-Playern oder Digitalkameras eingesetzt werden, mit einer Kapazität von 32 Gigabyte denkbar. (Bericht)

Quantenwirbel: Allerdings machten im November 2004 Physiker der University of Glasgow eine überraschende Entdeckung, die auf unerwartete Probleme für Nanotransistoren hindeuten. Bei Systemen, die deutlich kleiner sind als heutige handelsübliche 90-Nanometer-Transistoren, bilden sich im Stromkanal zwischen Source- und Gatter-Elektrode so genannte Quantenwirbel, ähnlich wie in einer strömenden Flüssigkeit unter bestimmten Bedingungen Wirbel auftreten können. In einem Kanal von 25 Nanometern Länge hätten sie immerhin eine Ausdehnung von zwei bis drei Nanometern und könnten die Performance künftiger Nanotransistoren beeinträchtigen, es sei denn, man könnte den Kanal aus einem perfekt reinen Material herstellen, sagte der Physiker John Barker. (Bericht)

Nanosensoren

Lebensmittelsicherheit: Forscher der University of Florida stellten im Oktober 2004 ein Sensorkonzept vor, mit dem einzelne Bakterien in Lebensmitteln innerhalb von nur 20 Minuten nachgewiesen werden könnten. Hierzu werden 60 Nanometer große Silizium-Nanopartikel mit Tausenden von fluoreszierenden Farbstoffmolekülen „verunreinigt“ (RuBpy-Moleküle). An den Hüllen der Teilchen befestigen sie Antikörper für so genannte Antigene, die auf der Hülle eines Bakteriums sitzen. Docken die Antikörper an die Antigene an, kann dies über das fluoreszente Leuchten der Nanopartikel festgestellt werden. Im Versuch entdeckten sie so E.coli-Bakterien in fein gemahlenem Rindfleisch. (Bericht)

Alzheimer-Erkennung: Nach demselben Prinzip haben Forscher um Chad Mirkin von der Northwestern University in Chicago (dem Erfinder der Dip Pen Nanolithographie, s. „Nano?!“, Kap. 6, S. 58) ein Verfahren entwickelt, mit dem für Alzheimer typische Proteine erkannt werden könnten. In diesem Fall versahen sie 30 Nanometer große Goldteilchen und magnetische Mikropartikel mit einem Antikörper für das Protein. „Wir haben damit den ersten diagnostischen Test für einen der potenziellen Biomarker demonstriert, der als ADDL bekannt ist“, erklärte Chad Mirkin im Februar. Damit könnte Alzheimer bereits in einem recht frühen Stadium erkannt werden. (Bericht)

DNS-Mutationen: „Snips“ sind individuelle Unterschiede im Erbgut des Menschen (für SNP, Single Nucleotide Polymorphism), von deren Verständnis sich Mediziner Aufschluss darüber erhoffen, an welcher genetischen Variante an einer bestimmten Krankheit jemand leidet. Denn davon hängt ab, welche Therapie anschlägt und welche nicht (s. „Nano?!“, Kap. 15, S. 169). Forscher an der Arizona State University haben kürzlich ein Verfahren vorgestellt, dass das Aufspüren solcher Unterschiede deutlich verkürzt. Hierzu nahmen sie Nanokristalle aus vier verschiedenen Metallsulphiden, an denen sich jeweils nur DNS-Stränge mit einer der vier Basen befinden, die den genetischen Code bilden. Lagern sich diese Kristalle nun an den jeweils entgegengesetzten Basen des DNS-Strangs an, der untersucht werden soll und auf einer magnetischen Perlenschnur sitzt, bildet sich eine charakteristische Reihenfolge der verschiedenen Kristalle. Diese lässt sich in einem so genannten Voltammogramm erkennen, einer Art elektrischer Signatur. Damit kann man eine Mutation innerhalb von nur zwei Stunden aufspüren. (Bericht)

Nanomedizin

Krebsbehandlung: Forscher des Penn State College of Medicine haben gezeigt, wie Ceramid, ein Fettmolekül, wirksamer zur Bekämpfung von Krebszellen eingesetzt werden könnte. In Krebsgewebe vorhandenes Ceramid tötet in Chemo- oder Strahlentherapien die Zellen ab. Nun lässt sich aber die Konzentration von Ceramid nicht einfach dadurch erhöhen, dass man es ins Blut injiziert, weil es in diesem Fall giftig ist. Kapselt man es jedoch in Nanocontainer aus Liposomen, ein, lässt es sich gefahrlos durch die Blutbahn zum Krebsgewebe transportieren. Liposomen sind kleine Hohlkugeln, deren äußere Oberfläche wasserlöslich ist, während die innere fettlöslich ist. Warum Ceramid sich vorzugsweise in Tumorzellen anlagert, konnte bislang noch nicht geklärt werden. (Bericht)

Hirntumor-Behandlung in nächster Studienphase: Eine der ersten wirklich nanomedizinischen Therapien hat vor einigen Jahren Andreas Jordan von der Berliner Charité entwickelt. Dabei werden die Zellen eines Hirntumors durch hin und her schwingende magnetische Teilchen erwärmt und abgetötet (s. „Nano?!“, Kap. 15, S. 124f). Im Dezember 2004 begann nun die erste Wirksamkeitsstudie (Phase-II-Studie) mit 65 Patienten. Eine vorangegangene klinische Studie mit 14 Patienten hatte gezeigt, dass bei sieben Patienten das Tumorwachstum gestoppt werden konnte, in einer anderen Studie bildete sich der Tumor bei zwei Patienten sogar vollständig zurück. Bemerkenswert war vor allem, dass die Nanopartikel im Tumor bei den Patienten keine Nebenwirkungen hatten.
Quelle: Neue Zürcher Zeitung, 16.12.2004, S. FT4

Noch eine Entdeckung...

Superlinse: Nach den Gesetzen der Optik ist die maximale Auflösung von Lichtmikroskopen auf die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts beschränkt. Bei violettem sichtbaren Licht sind das höchstens 200 Nanometer. Forscher der Universität Berkeley sind nun auf die Idee gekommen, eine nur 35 Nanometer dicke Silberschicht als Linse zu verwenden. Der gesunde Menschenverstand sagt, dass man durch eine Metallschicht unmöglich hindurchsehen könne. Das verblüffende Resultat: Sogar Objekte mit einer Größe von nur 40 Nanometern konnten damit abgebildet werden. Der Grund ist, dass die Silberfolie einen negativen Brechungsindex hat, während herkömmliche Linsenmaterialien wie Glas einen positiven Brechungsindex haben. Dadurch können so genannte evaneszente Lichtwellen, die eigentlich zu schwach sind, um auf der Bildebene noch wahrgenommen zu werden, verstärkt werden. Evaneszente Lichtwellen entstehen in jeder Linse, doch nur die „normalen“ Lichtwellen schaffen den Weg von dort zur Bildebene. Die Informationen über das Objekt, von dem sie stammen, sind sehr viel genauer als die der normalen Wellen. Bereits vor über 30 Jahren hatte der russische Physiker Victor Veselago spekuliert, es könne auch Materialien mit negativem Brechungsindex geben. (Bericht)

...und einige originelle Anwendungen für den Alltag

Nanotech-Golfball: Golf gehört zwar für die wenigsten zum Alltag, aber der Golfball von Nanodynamics zeigt, wie Nanotechnik den Weg in alte Produkte finden und diesen einen neuen Dreh geben kann. Im wahrsten Sinne des Wortes: Die Nanopartikel sollen laut Nanodynamics – die Details allerdings geheim halten – dafür sorgen, dass die Energie des Schlägers besser in den Golfball gelangt und der Ball eine möglichst gerade Flugbahn beschreibt, ohne leicht zu trudeln. Sicher keine Erfindung, auf die die Menschheit gewartet hat, aber auf jeden Fall ein Beispiel für die Kreativität der Nanotechniker – oder der Marketingleute bei Nanodynamics, das wird sich irgendwann zeigen, wenn jemand den 7 bis 8 Dollar teuren Ball im Labor analysiert hat.

Der Golfball von Nanodynamics ist eins der Nanotech-Top-10-Produkte des Jahres, die das US-Magazin Forbes im Dezember 2004 schon zum dritten Mal gekürt hat. Unter den anderen Produkte sind:
- eine aufsprühbare super-wasserabweisende Schicht für Hauswände und andere Oberflächen von BASF;
- ein Wundpflaster, in das Silbernanopartikel eingearbeitet sind, die Bakterien in der Wunde abtöten;
- ein Fußwärmer, in dem eine 2 Millimeter starke Schicht aus nanoporösem Aerogel ist und
- eine Matratze, die eine von Nanotex hergestellte schweißabsondernde Schicht hat;
Die gesamte Liste steht im Web unter oder kann als PDF herunter geladen.


Einige Bücher und Studien zur Nanotechnik

Thomas Ilfrich & Gina-V. S. Kunert, Nano + Mikrotech III, ivcon.net 2005
(Der dritte Band des Nanotech-Jahrbuchs aus Berlin)

Daniel Ratner & Mark Ratner, Nanotechnology and Homeland Security, Prentice Hall 2004.
(Eine einigermaßen ausgewogene Darstellung des Themas militärische Nanotechnik, wenn auch im Kontext des US-Kriegs gegen den Terror etwas unkritisch geraten)

David Goodsell, Bionanotechnology: Lessons from Nature, Wiley-Liss 2004

Louis Theodore & Robert Kunz, Nanotechnology: Environmental Implications and Solutions, Wiley Interscience 2005

Christof Niemeyer & Chad Mirkin (Hg.), Nanobiotechnology: Concepts, Applications and Perspectives, John Wiley & Sons 2004

Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW), Nachhaltigkeitseffekte durch Herstellung und Anwendung nanotechnologischer Produkte, Berlin 2004. (PDF)

Temas AG, Overview of Ongoing and Completed Activities in the Field: Safety and Risks of Nanotechnology, Arbon (Schweiz) 2004. (Webseite)

Aachener Kompetenzzentrum Medizintechnik u.a., Nanotechnologie pro Gesundheit: Chancen und Risiken, Aachen 2004. (PDF)

Wolfgang Luther (Hg.), Industrial Applications of Nanomaterials. Chances and Risks, VDI Technologiezentrum 2004. (Webseite)

Wolfgang Luther (Hg.), Innovations- und Technikanalyse: Nanotechnologie als wirtschaftlicher Wachstumsmarkt, VDI Technologiezentrum 2004. (Webseite)

ETC Group, Down on the Farm. The Impact of Nano-scale Technologies on Food and Agriculture, Ottawa (Kanada) 2004. (Webseite)


Einige interessante Links

Nanoreisen, eine toll gestaltete interaktive Reise in den Nanokosmos, die zurecht für den Grimme Online Award 2005 nominiert worden ist
www.nanoreisen.de

Nanologue, die offizielle Seite zum EU-Projekt Nanologue (siehe oben):
www.nanologue.net

International Council on Nanotechnology, die kürzlich vom texanischen Center for Biological and Environmental Nanotechnology gestartete Initiative für eine nachhaltige Nanotechnik:
icon.cben.edu

Safety of Nano-materials Interdisciplinary Research Center, eine neue Seite von drei schottischen Forschungseinrichtungen gemeinsam mit dem US-amerikanischen Center for Disease Control and Prevention:
www.snirc.org

Nano Jury, die offizielle Seite zur britischen Nano Jury (siehe oben):
www.nanojury.org

„Nano, the next dimension“ (Video), 28-minütiger Lehrfilm aus der EU-Videothek (Format: Real Player):
europa.eu.int/comm/mediatheque/video/download/nanotech01_en.rm


„Nanotechnology“ (Video), 25-minütiger Lehrfilm aus der EU-Videothek (Format: Real Player):
europa.eu.int/comm/mediatheque/video/download/nanotech02_en.rm



Von Oktober 2004 bis März 2005 gab es wegen einer längeren Reise keine Einträge.


Nanotechnik 2004

Nanotechnik ist kein Hype, sondern eine neue Stufe der Technik überhaupt, die erstmals gezielt in atomare und molekulare Dimensionen vordringt.

"Alles Nano?!" erklärt die Technik des 21. Jahrhunderts.
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