Nanotechnologie

Nanotechnologie (griech. nãnos = Zwerg) ist ein Sammelbegriff für eine weite Palette von Technologien, die sich mit Strukturen und Prozessen im Größenbereich der Nanometerskala befassen. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10^-9 m) und bezeichnet einen Grenzbereich, in dem die Oberflächeneigenschaften gegenüber den Volumeneigenschaften der Materialien eine immer größere Rolle spielen und zunehmend quantenphysikalische Effekte berücksichtigt werden müssen. Es ist eine konsequente Fortsetzung und Erweiterung der Mikrotechnik mit meist völlig unkonventionellen neuen Ansätzen.

Die Nanotechnologie beschäftigt sich damit, Werkstoffe im Nanometer-Bereich, also im Bereich von ein bis zehn Atom-Durchmessern, zu formen und zu bearbeiten (siehe Nanowerkstoff). Dafür werden auch gleichzeitig die nötigen Werkzeuge erforscht, um auf einzelne Atome und Moleküle direkt zugreifen und diese manipulieren zu können.

Ursprünge der Nanotechnologie

Als Vater der Nanotechnologie gilt Richard Feynman auf Grund seines im Jahre 1959 gehaltenen Vortrages "There's Plenty of Room at the Bottom" (Ganz unten ist eine Menge Platz), auch wenn der Begriff Nanotechnologie erst 1974 von Norio Taniguchi erstmals gebraucht wurde:

"Nano-technology mainly consists of the processing of separation, consolidation, and deformation of materials by one atom or one molecule."

Damit schloss er sowohl alle Technologien ein, bei denen kritische Eigenschaften von Materialien oder Geräten im Nanometerbereich liegen, als auch die Konstruktion dieser Materialien und Geräte aus einzelnen Atomen bzw. Molekülen.

Unabhängig von Taniguchi machte 1986 K. Eric Drexler den Begriff weithin bekannt. Er inspirierte mit seinem Buch Engines of Creation viele heutzutage bekannte Wissenschaftler, darunter auch Richard Smalley, dazu, Nanotechnologie zu studieren. Drexlers Definition von Nanotechnologie ist strenger als die Taniguchis: Sie beschränkt sich auf die Konstruktion von komplexen Maschinen und Materialien aus einzelnen Atomen. Nach dieser Definition fällt die heutige Nanotechnologie also nicht unter das, was Drexler als Nanotechnologie ansieht, was die Industrie und Wissenschaft nicht daran hinderte, den Namen für sich beanspruchen. Dies veranlasste Drexler im Verlauf der 90er Jahre dazu, seine Vorstellung von Nanotechnologie zur Abgrenzung in Molekulare Nanotechnologie umzubenennen, denn vielfach wurde der Begriff missbräuchlich zur Bezeichnung solcher Arbeit verwandt, die bereits seit Jahrzehnten oder gar Jahrhunderten als gewöhnliche Chemie, Pharmazie oder Festkörperphysik gilt und somit unter den Verdacht fallen muss, lediglich die Beliebtheit eines Trendwortes auszunutzen. Tatsächlich stehen derzeit viele Wissenschaftler Drexlers Vision von Nanotechnologie offen ablehnend gegenüber. Nach Ansicht der Verfechter von Nanotechnologie wiederum ist es ihren Gegner bisher nicht gelungen, überzeugende wissenschaftliche Argumente gegen die Umsetzbarkeit von molekularer Nanotechnologie (MNT) vorzubringen. Drexler hingegen hat mit Nanosystems 1991 ein Lehrbuch zu MNT herausgegeben, das auf Basis seiner Doktorarbeit am MIT in wissenschaftlicher Form die zu ihrer Verwirklichung nötigen Schritte beschreibt. Über die Jahre wurden mehrere begründete, jedoch unbewiesene Annahmen in Nanosystems experimentell bestätigt.

Nanotechnologie als Trendwort

Nanotechnologie im Sinne Drexlers zieht ihre Faszination aus ihrer zwiespältigen Natur. So ermöglicht ausgereifte MNT einerseits (unter anderem) materiellen Reichtum für die gesamte Menschheit, die Besiedelung des Weltraums und individuelle Quasi-Unsterblichkeit; andererseits bietet sie die Möglichkeit der Katastrophe für die gesamte Menschheit durch Kriege, globale Terroranschläge, einen unüberwindbaren Polizeistaat und totale Verfremdung des heutigen Menschenbilds durch Gentechnik. Wichtig hierbei ist, anzumerken, dass Nanotechnologie für sich ein neutrales Werkzeug darstellt, das erst durch den Menschen einen Effekt auslöst. Diese sehr gegensätzlichen Aspekte machen Nanotechnologie vor allem für die Literatur interessant. Zahlreiche Autoren der Science-Fiction haben Nanotechnologie als Element in ihre Geschchten aufgenommen und als Buch oder Film umgesetzt. Dabei werden häufig die negativen Aspekte der Technologie beleuchtet und verarbeitet. Andere Bereiche der Gesellschaft haben Nanotechnologie ebenfalls für ihre Zwecke entdeckt, sie bemühen sich jedoch beinahe ausnahmslos darum, die negativen Aspekte auszublenden, um nicht mit ihnen in Verbindung gebracht werden. Deshalb ist es für sie nötig, sich von der Möglicht molekularer Nanotechnologie so weit wie möglich zu distanzieren oder sie zu verleugnen. Das Präfix nano- ist bei Unternehmern und Wissenschaftlern heute ähnlich beliebt wie in den 70er und 80er Jahren mikro- (z.B. Microsoft, AMD) und in den 90er Jahren das e- (z.B. eBanking, eGovernment, eBusiness etc.). Es liegt jedoch eine potentielle Gefahr in dieser Verfremdung und Entwertung des Begriffs Nanotechnologie, denn wenn die Technologie sich schließlich als real herausstellen sollte (wogegen in der Theorie derzeit nichts spricht), werden automatisch auch alle bereits beschriebenen Möglichkeiten real. Sind die einzelnen Gesellschaften nicht auf diese relativ plötzlichen Veränderungen überhaupt nicht eingestellt, kann dies zu großen Problemen führen.

Zusammenspiel der Wissenschaften

Eine große Besonderheit dieser Technologie ist, dass sie ein übergreifendes Zusammenspiel vieler, eigentlich spezialisierter Wissensbereiche darstellt. So spielt die Physik eine wichtige Rolle, allein schon bei der Konstruktion der Mikroskope zur Untersuchung und vor allem wegen der Gesetze der Quantenmechanik. Für eine gewünschte Struktur der Materie und Atomanordnungen bedient man sich der Chemie. Der gezielte Einsatz von Nanopartikeln in der Medizin soll bei bestimmten Krankheiten helfen.
Die Wissenschaft ist hier an einem Punkt angelangt, an dem die Grenzen der verschiedenen Disziplinen verschwimmen, man nennt Nanotechnologie deswegen auch eine konvergente Technologie.

Einsatzmöglichkeiten

Das momentan absehbare Ziel der Nanotechnologie ist die weitere Miniaturisierung der Halbleiterelektronik und der Optoelektronik sowie die industrielle Erzeugung neuartiger Werkstoffe wie z.B. Nanoröhren.

Gewisse Nanopartikel sollen die Möglichkeit bieten, Tumore zu bekämpfen. Zahlreiche Anwendungen betreffen auch alltägliche Probleme: Der Lotuseffekt zum Beispiel lässt selbstreinigende Oberflächen entstehen.

Der Endpunkt der Entwicklung der Nanotechnologie ist die digitale, programmierbare Manipulation der Materie auf atomarer Ebene und daraus resultierende molekulare Fertigung, bzw. molekulare Nanotechnologie.

Untersuchungsmethoden bis in den atomaren Bereich sind mit dem Elektronenmikroskop oder dem Rasterkraftmikroskop heute möglich (siehe auch Mikroskope).