Das Wort Nano bedeutet abgeleitet aus dem altgriechischen Begriff nános, soviel wie Zwerg. Für Forschung und Wissenschaft entpuppt sich dieser „Zwerg“ allerdings als wahrer Riese, die Einsatzmöglichkeiten der Nanotechnologie sind mannigfaltig. Ob in der Medizin als Hoffnungsträger in der Krebsbekämpfung, in der Lebensmittelindustrie, der Kosmetik oder auch bei moderner schmutzabweisender Bekleidung; sogar bis hin zur Entwicklung von Nanorobotern, alles scheint denkbar und möglich mit der Nanotechnologie. Mit Sicht auf die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten wird diese Technologie von vielen als Schlüsseltechnologie des (zugegebenermaßen noch jungen) 21. Jahrhunderts bezeichnet.
In die Freude über die neuen, sich bietenden technischen Möglichkeiten, und die großen möglichen Gewinnspannen für Industrie und Wirtschaft muss sich aber dennoch auch ein gesundes Maß an Skepsis mischen. Die Frage nach den Gefahren, die diese Technologie für Natur und Mensch mit sich bringt muss erlaubt sein und auch gestellt werden. Denn dass Forschung und Wirtschaft schneller wären „als die Polizei erlaubt“ kann man nicht behaupten, da es nur wenige gesetzliche Vorgaben für den Gebrauch der Nanotechnik gibt. Hierzu wäre es zunächst einmal nötig, sich auch international auf eine einheitliche Definition zu dem Begriff Nano zu einigen, was sich bisher als schwierig erweist.Eine gute Frage, die bisher von verschiedenen Gremien allerdings unterschiedlich beantwortet wird. Zunächst ist uns der Ausdruck Nano als Maßeinheit ein Begriff. Ein Nanometer (nm) beschreibt den milliardsten Teil eines Meters, in Zahlen ausgedrückt bedeutet das 10 -9 Meter, oder auch 0,000 000 001 Meter. Zum Vergleich: ein menschliches Haar ist ungefähr 80.000 nm breit. Oder: ein Nanoteilchen verhält sich zu einem Meter, wie ein Fußball zum Planeten Erde. Soweit so gut. Die genaue Definition des Begriffs liegt aber nicht in der Maßeinheit an sich. Die vielen internationalen Gremien haben unterschiedliche Ansätze den Begriff zu definieren, was unter anderem den Konsens über gemeinsame Gesetzesentwürfe auch innerhalb der Europäischen Union erschwert. (Mehr zu dem Thema Gesetzesgrundlagen im Bereich der Nanotechnologie lesen sie in dem Artikel „Nano Regulation? Nicht nur neue Naturgesetze müssen her!“). Die NanoKommission der deutschen Bundesregierung gibt folgende Definition aus:
„Der Begriff der Nanotechnologien umfasst verschiedene Verfahren zur Untersuchung und zur gezielten Herstellung und Anwendung von Prozessen, Strukturen, Systemen oder molekularen Materialien, die in mindestens einer Dimension typischer Weise unterhalb von 100 Nanometern (1 nm = 10-9m) liegen“ [1]Ganz grob und vereinfacht könnte man sagen, die Nanotechnik ist die Verkleinerung der den 1970ern entsprungenen Mikrotechnik. Bei der Entwicklung von Nanomaterialien und Nanosystemen geht es darum, mit kleineren Teilchen zu arbeiten um eine größere Oberfläche zu schaffen. Als ein Beispiel kann der sogenannte „Lotuseffekt“ dienen: die Blätter der Lotusblume haben eine sehr feine Oberflächenstruktur, die man als Nanostruktur bezeichnen kann. Diese bewirkt, dass Wasser aufgrund seiner Oberflächenspannung einfach an den Blättern abperlt, und darüber hinaus auch Schmutz und Verunreinigungen mit sich nimmt. Ein weiteres Beispiel, das die Natur uns vorgibt: Fliegen sind in der Lage, quasi kopfüber an der Decke zu hängen, da die feinen Härchen an ihren Beinen im Nanometerbereich liegen.
Insgesamt versteht sich die Nanotechnologie als interdisziplinär, sie setzt sich unter anderem aus Chemie, Biologie und der Physik zusammen. Im Wesentlichen gibt es für die Herstellung von Nanomaterialien und Nanosystemen zwei Ansätze. Beim sogenannten „top-down- Ansatz“ (engl.: von oben nach unten) geht es ganz vereinfacht gesagt darum, mit Hilfe von Lasertechnologie oder beispielsweise auch mit dem Beschuss durch Elektronen das Medium so zu verändern, dass sich seine Struktur im Nanobereich neu „schreiben“ lässt. Dieses Verfahren findet unter Anderem bei der Herstellung von Computerchips seine Anwendung. Beim „buttom-up-Ansatz“ (engl.: von unten nach oben) hingegen geht es darum, Moleküle oder Atome so anzuordnen, dass dabei eine Nano – Struktur entsteht. Zusammenfassend kann man vielleicht sagen: Nanotechnologie beinhaltet das Manipulieren oder Erstellen von Materialien oder Systemen in einem Bereich von unterhalb 100nm.
Den geschichtlichen Ursprung der Nanotechnik sehen viele bereits im Jahr 1959, in dem der
US-amerikanische Physiker und spätere Nobelpreisträger Richard P. Feynman seinen Vortrag
„There´s Plenty of Room at the Buttom“ (dt. Ganz unten ist eine Menge Platz) hielt. Obwohl
Feynman hier den Begriff Nano nicht explizit nennt, gilt die Abhandlung als
Gründungsschrift der Nanotechnologie. Feynmans Idee, Materialien auf atomarer Ebene
verändern zu können vertiefte der japanische Wissenschaftler Norio Taniguchi im Jahr 1974.
Er war der Erste, der den Begriff Nanotechnik benutzte, und beschrieb zu beeinflussende
Materialien in der heute noch gültigen Größenordnung von einem Milliardstel Meter. Ende
der 80er Jahre war es dann der Wissenschaftler Eric Drexler, der unter anderem mit
futuristischen Ideen für Aufsehen sorgte. Er beschrieb zum Erstaunen vieler zeitgenössischer
Wissenschaftler sich selbst vervielfältigende Atome, oder auch sich selbst reproduzierende
Nahrungsmittel, sowie Nanoroboter, die Krankheiten oder auch Verschleißerscheinungen im
menschlichen Körper beheben bzw. „reparieren“ könnten. Nicht nur die Wissenschaft,
sondern auch die Science-Fiction-Gemeinde dankte es ihm.
Im weiteren Verlauf der 80er Jahre gaben die Entwicklung des Raster Tunnel Mikroskopes
sowie die des Atom-Kraft Mikroskopes völlig neue Einblicke in die Welt der Atome. Als
weiterer Höhepunkt in der Geschichte der Nanotechnik gilt der von IBM mit 35 einzelnen
Xenon-Atomen dargestellte Namenszug des Unternehmens.
Die Herstellung von Nanoprodukten kann man schon lange nicht mehr als „Zukunftsmusik“ bezeichnen, im übertragenen Sinne muss man sie vergleichsweise als zeitgenössischen Mainstream bezeichnen. Die Palette der Nanoprodukte ist schon jetzt beinahe unüberschaubar. Für die Verbraucher kommt erschwerend hinzu, dass es keine einheitliche Kennzeichnugspflicht für nanohaltige Produkte gibt. Für manche Hersteller ist es sinnvoll, mit dem Begriff Nano zu werben, verspricht er doch eine höhere Lebensqualität und Wertigkeit. Bei Lebensmitteln hingegen verzichtet man oft auf die Werbung zum Thema Nano, denn wenn es darum geht, nahezu unbekannte Stoffe zu sich zu nehmen, könnten viele Kundinnen und Kunden zurückhaltend reagieren.
Keine Zurückhaltung gibt es, geht es um die dem Lotus-Effekt nachempfundene
Oberflächenvergrößerung. Diese „Bio-to-Nano Technology“ kommt vor allem bei der
sogenannten Oberflächenversiegelung zum tragen. Auf dem Parkplatz vor dem Supermarkt
steht der Händler und bringt seine Nanopolitur nebst Scheibenversiegelung für das geliebte
Auto an die Frau und den Mann. Aber nicht nur die Politur, sondern schon der Nanolack des
Gefährts schützt das beste Stück vor Wind und Wetter. Kratzfeste Beschichtungen kommen
heute ebenso aus dem Nanolabor, wie multifunktionelle Antifingerprintbeschichtungen, zum
Beispiel für Edelstahloberflächen oder auch Antibeschlagbeschichtungen für Glas und
Kunststoffe.
Die Wasser- und Schmutz abweisenden Eigenschaften von Nanofarben, Nanolack und
anderen Versiegelungen kommen mittlerweile u.a. bei weit über 500.000 Häuserfassaden
weltweit zum Einsatz. Gerade bei großen, schwer zu reinigenden Oberflächen ist dies eine
sinnvolle und vor allem auch kostensparende Entwicklung, denkt man etwa an einen großen
Schiffsrumpf, dessen Reinigung oder Neuanstrich für jeden Reeder ein erheblicher
Kostenfaktor darstellt, den es zu verringern gilt. Hinzu kommt, dass Nanooberflächen im
Wasser oder in der Luft durch ihre glatte Oberfläche weniger Reibung erzeugen. Eine zu
vernachlässigende Größe mag man denken, dennoch gibt es Gegenbeispiele: Aus der
Nanotechnologie entstandene Schwimmanzüge, die in der Weltelite des Schwimmsports
bereits zum Einsatz kamen, sollen wieder verboten werden, da durch diese Anzüge erhebliche
Verbesserungen der Bestzeiten erzielt wurden, ohne dass eine sportlich bessere Leistung zu
erkennen gewesen wäre.
Natürlich liegt auch ein Einsatz der Nanotechnik in der Bekleidungsindustrie nahe. So gibt es bereits die dem Lotuseffekt nachempfundenen Funktionskleidung mit „easy-to-clean-effect, die nicht nur wasser- und schmutzabweisend ist, sondern durch die Verwendung von Nanosilber auch antibakteriell wirken soll. Nanotextilien können antistatisch sein, sie können sehr strapazierfähig, wärmeleitend oder isolierend, aber auch mit Uv-Schutz versehen sein. Selbst Feuerfestigkeit ist realisierbar. Des weiteren gibt es die Möglichkeit, von Nanokleidung medizinische Stoffe in stetigen Dosen absondern zu lassen.
Nicht nur in der Bekleidungsindustrie werden Silberpartikel auf der Nanoebene eingesetzt, auch die Nanokosmetik setzt das teils umstrittene Nanosilber ein. Anti-Aging-Produkte versprechen den Kunden ein junges und vitales Hautbild, die Faltentiefe soll so verringert werden. Für die Hautreinheit gibt es antibakteriell wirkende Nanokosmetika, die zum Beispiel das sogenannte Silberwasser enthalten (auch kolloidales Silber genannt). Auch Sonnenschutzcremes sind nicht mehr das, was sie einmal waren: durch den Einsatz von Nanopartikeln entsteht auf der Haut quasi eine Schicht von Milliarden kleinster Spiegel, die die Uv-Strahlung reflektieren, was die Creme dünner, sprich effektiver macht.
Auch in der Zahnpflege macht man sich die kleinen Helfer zu Untertan: Nano Zahnpasta soll vor allem bei Schmerzempfindlichen Zähnen helfen. Ist der Zahnschmelz an kleinen Stellen durchlässig, so kann Kaltes oder Warmes an das sogenannte Dentin gelangen, was zu Schmerzen führt. Dentin ist das, was unter dem Zahnschmelz liegt, woraus der Zahn hauptsächlich besteht. Mit Hilfe von in der Nanozahnpasta enthaltenem Nano-Calciumphosphat wird das freiliegende Dentin ummantelt und geschützt, so dass man auch beim Speiseeis wieder kraftvoll zubeißen kann.Die Nanofood produzierenden Lebensmittelhersteller haben nicht nur den Nutzen von Nano für Nahrungsmittel oder Nahrungsergänzungsmittel erkannt, auch auf die äußeren Werte kommt es an. Die angeschlossene Verpackungsindustrie entwickelt äußerst strapazierfähige Materialien, die aber auch beständiger gegen Umwelteinflüsse wie zum Beispiel große Wärme sind. Hinzu kommt die Möglichkeit, die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu erhöhen, indem antibakterielle Stoffe in die Verpackung eingebunden werden. Ebenso ist es möglich, Verpackungen zu kreieren, die in der Lage sind, Sauerstoff zu absorbieren, was ebenfalls die Haltbarkeit erhöhen kann.
Die Lebensmittel selber werden mit Nanopartikeln versehen, die zu schnelles Verklumpen verhindern sollen. So zum Beispiel bei Speisesalz, Tütensuppen, Gemüsepulvern oder Soßenbindern, um nur ein paar wenige zu nennen. Auch die Fließeigenschaft von Soßen und anderen Flüssigkeiten kann so optimiert werden. Farb- und Geschmackseigenschaften können verändert werden, genauso ist es aber auch möglich, verschiedene Nahrungsmittel mit einer Schicht von Nanopartikeln zu überziehen, welche die Nahrung haltbarer machen. Aber nicht nur Nano-Food an sich, sondern auch Nahrungsergänzungsmittel werden neu durchdacht und hergestellt. Sie sollen den menschlichen Körper mit zusätzlichen Stoffen wie zum Beispiel kolloidalen Mineralien versehen, die möglicherweise über die normale Ernährung nur mangelhaft zugeführt werden können. Die Einnahme von Nanomineralien soll die sportliche Leistungsfähigkeit steigern, Nano-Mineralien sollen laut Angaben verschiedener Hersteller sowohl bei physischer, als auch bei psychischer Belastung helfen. So hat ein Anbieter seine Nahrungsergänzungsmittel mit dem Zusatz von Nanomineralien beworben; verschiedene der verwendeten Werbeslogans wurden jedoch gerichtlich mangels wissenschaftlicher Nachweise als irreführend, unzutreffend und damit unzulässig beurteilt. [2]Der Transport von Medikamenten in bestimmte Körperregionen oder auch das Versiegeln von Implantaten zur besseren Annahme durch den Patienten sind in der Nanomedizin bereits gang und gäbe. Auch das Beschichten von Oberflächen und Gerätschaften in Krankenstationen oder in Operationssälen mit Nanosilber im Kampf gegen gefährliche Krankenhauskeime ist wegen seiner antibakteriellen Wirkung denkbar, so gibt es bereits Verbandsmaterialien zur Wundheilung, die kolloidales Silber nutzen.
In der Zukunftsvision vieler Wissenschaftler steht vor allem aber die Entwicklung der Nano Krebstherapie weit oben. In der sogenannten Nanotherapie werden dem Patienten kleinste Nanopartikel direkt in den Tumor gespritzt. Durch einen magnetischen Anreiz ausserhalb des Körpers werden die Nanoteilchen in so hohe Schwingungen versetzt, dass sie sich erhitzen und so den Tumor quasi durch Erwärmung zerstören. Dieses Verfahren befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Zukünftig, davon gehen Wissenschaftler aus, wird es möglich sein, sogenannte Nanobots (Nanoroboter) biochemisch so zu „programmieren“, dass diese sich eigenständig auf die Suche nach Tumoren machen um diese dann selbständig zu zerstören. Die Fülle an Einsatzmöglichkeiten bringt viele Hoffnungen mit sich, so soll die Nanomedizin auch völlig neue, bahnbrechende Therapien gegen Diabetes, Alzheimer oder Parkinson hervorbringen.Es ist schon erstaunlich, was derzeit aus den Laboren führender Wissenschaftler an Neuigkeiten sickert. In den USA versucht man sich bereits an der Herstellung von Nanorobotern, die nur einige Nanometer groß sind und lediglich aus wenigen Molekülen bestehen. In einer speziell dafür geschaffenen Umgebung können diese „DNA-Walker“ genannten, kleinen Rabauken sich tatsächlich autonom bewegen, wenn auch nur einige Nanometer weit. [3]
Neuartige Nanolaser sollen zur ultraschnellen Datenübertragung dienen. Die Entwicklung völlig neuartiger Nanocomputer nimmt gestalt an: sogenannte Nanotubes, also Nanoröhrchen werden in Zukunft zur Herstellung von Nano-Speicherchips verwendet. Diese Chips könnten eine bis zu Zehntausendfach höhere Speicherkapazität haben, als die auf Silizium-Basis bestehenden Chips. Schnellere und verlustfreiere Stromleitungen könnten Energie einsparen; Leitungen und Stränge, die mechanisch um ein vielfaches belastbarer sind könnten der Industrie neue Technische Möglichkeiten eröffnen. Es scheint tatsächlich, als hätten Science Fiction und wissenschaftlicher Fortschritt noch nie so eng beieinander gelegen, man könnte auch sagen: die Zukunft war nie so nah...Bei allen positiven Entwicklungen, die im Zusammenhang mit der Nanotechnologie zu beobachten sind, stellt sich doch die Frage nach den Gefahren, die diese Technik mit sich bringt. Zunächst einmal steht zu vermuten, dass die Risiko- und Gefahrenforschung auf dem Gebiet der Nanotechnologie dem Handel weit hinterherhinkt. Unzählige Produkte befinden sich bereits auf dem Markt, und es ist nicht klar, wie sich viele Stoffe oder Materialien zum einen auf die Umwelt, zum anderen aber auch auf den menschlichen Organismus auswirken. Für die Umwelt steht zu befürchten, dass Nanofarben und Nanolacke oder auch Nanoversiegelungen in das Erdreich eindringen und durch schwere Abbaubarkeit oder biochemische Reaktionen schädliche Auswirkungen haben könnten. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine zu hohe Konzentration von Nanosilber im Grund- oder anderen Gewässern durch seine antibakterielle Wirkung Mikroben oder Bakterien vernichten. Diese sind allerdings unbedingt notwendig um das Gleichgewicht von Wasser oder anderen Biotopen aufrecht zu erhalten.
Für den menschlichen Körper könnte selbst die äußerliche Anwendung von nanotechnisch erstellten Produkten schädlich sein, kann man doch gar nicht mit absoluter Sicherheit sagen, ob Nanopartikel nicht in der Lage sind, Membranen zu durchdringen und so ins Körperinnere gelangen. Auch das Tragen von Nanokleidung könnte sich schädlich auswirken, da verarbeitete Stoffe wie Nanosilber durch Abrieb oder Verschleiß aus der Kleidung gelöst werden könnten.Eines der zu klärenden Probleme ist sicher die bisher nur rudimentär vorhandene Meldepflicht für Nanoprodukte. So tappen die Konsumenten weitestgehend im Dunkeln, wenn es darum geht überhaupt festzustellen, welches Produkt nanotechnischen Ursprungs ist. Darüber hinaus gibt es kaum einheitliche Vorschriften im grundsätzlichen Umgang mit der neuen Technologie. Die europäische Kosmetikverordnung zum Beispiel macht Vorgaben im Umgang mit Nanotechnologie bei kosmetischen Produkten, sie soll allerdings erst 2013 in Kraft treten. Es gibt eine Reihe weiterer Gesetzesentwürfe, allerdings sind diese nicht immer einheitlich. Das kann natürlich zur Folge haben, dass in dem einen Land bedenkenlos produziert werden darf, was in einem anderen verboten ist.
Grundvoraussetzung Für eine einheitliche Gesetzgebung, die zumindest in der europäischen Union greifen könnte ist allerdings, dass man eine gemeinsame Definition für den Begriff Nano findet. Denn wenn es diese gemeinsame Definition nicht gibt, lassen sich Gesetze und Verordnungen praktisch nicht durch- und umsetzen. Hier scheitert es im wahrsten Sinne des Wortes oft um Haaresbreite: es wird darüber debattiert, ob Nano nun kleiner als 500 nm sein muss, um als solches zu gelten, oder ob es z.B. kleiner als 100 nm sein sollte. Diese „Haarspalterei“ ist aber nicht das einzige, was einer europaweiten Gesetzgebung im Wege steht. Allein die Tatsache, das vieles auf dem Gebiet der Nanotechnologie und der damit einhergehenden Gefahrenpotentiale schlichtweg unzureichend erforscht ist, macht eine sinnvolle Einschätzung der Situation nahezu unmöglich. Ein ethisch zu vertretender Umgang mit der Nanotechnologie muss zum einen das Vorantreiben der Risikoforschung, zum anderen aber auch die Transparenz den Konsumentinnen und Konsumenten gegenüber beinhalten.
[2] Landgericht Frankfurt, Urteil vom 14.06.2007, Aktenzeichen 3 O 634/06, Bewerbung von Nahrungsergänzungsmittel mit Nanomineralien: Zum Urteil
[3] Golem: Artikel über Nanoroboter: http://www.golem.de/1005/75132.html
[4] http://epub.oeaw.ac.at/ita/nanotrust-dossiers/dossier024.pdf
[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Kolloidales_Silber
[6] Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. (BUND): Gefahren durch Nanosilber: http://www.bund.net/themen_und_projekte/nanotechnologie/nanomaterialien/nanosilber/
Autor: Frank Baumgart und nano.in