Nanotechnologie
gilt als die Zukunftstechnologie. Doch was ist eigentlich Nanotechnologie?
Wo steckt „Nano“ drin? Beim BMBF-Livechat am 10. November
2005 konnten diese und andere Fragen zum Thema Nanotechnologie mit
einem Experten diskutiert werden.
Sie sind unvorstellbar klein – der Durchmesser eines Haares
ist rund 50.000-mal größer. Die Rede ist von Nanoteilchen.
Ihre geringe Größe verleiht den Winzlingen ganz besondere
Eigenschaften. Das macht die Nanotechnologie für viele Anwendungen
interessant: Hausfassaden auf denen Graffitis nicht haften, Autolacke
die auf Knopfdruck ihre Farbe wechseln oder gar Medikamente für
die Krebstherapie. Nicht umsonst gilt Nanotechnologie als die Zukunftstechnologie
schlechthin. Doch was ist eigentlich Nanotechnologie? Wo steckt
bereits „Nano“ drin? Was wird mit Nano-Produkten zukünftig
alles möglich sein? Welche Berufschancen gibt es auf diesem
Gebiet? Zu diesen und anderen Fragen stand Nanoexperte Dr. Heinz
Hilgers stand am 10. November von 12.00 bis 13.00 Uhr live von der
WING-Konferenz Rede und Antwort.
Moderator: Liebe Chatterinnen und Chatter, herzlich
Willkommen im BMBF-Livechat. Dieser Livechat ist ein Format vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung in Kooperation
mit wasistwas.de. Heute chatten wir mit Dr. Heinz Hilgers, Forscher
und Experte für Nanotechnologie. Herr Dr. Hilgers chattet aus
den Räumen der Konferenz "Werkstoffinnovationen für
Industrie und Gesellschaft" in Aachen. Herzlich willkommen
Herr Dr. Hilgers, können wir beginnen?
Dr. Heinz Hilgers: Gerne!
Moderator: Herr Dr. Hilgers, was genau ist denn
nun eigentlich unter dem Begriff Nanotechnologie zu verstehen?
Dr. Heinz Hilgers: Das ist etwas schwieriger zu
erklären, aber ich will es versuchen: Die Menschen haben es
bisher geschafft sich mit makroskopischen Dingen zu befassen. Sie
haben es sogar geschafft, Dinge unterhalb eines Millimeters konstruktiv
exzellent zu beherrschen. Danach wurde es etwas schwieriger: Man
hat aber inzwischen auch die Ebene 1000 mal kleiner als ein Millimeter
erobert. Die Mikroelektronik ist ein Beispiel; die noch mal um den
Faktor 1000 kleinere Ebene ist jetzt besonders wichtig. Und das
eben ist Aufgabe der Nanotechnologie. Alle naturwissenschaftlichen
Fächer sind beteiligt.
Moderator: Welche Fachgebiete der Naturwissenschaften
sind an der Erforschung der Nanotechnologie beteiligt?
Dr. Heinz Hilgers: Das interessante ist, dass
die Chemiker sich mit einer noch kleineren Ebene befassen, der Ebene
des ‚Angström’, noch zehn Mal kleiner als ein Nanometer.
Die Elektronik und Physik nähert sich der Nanotechnologie also
von „oben“, die Chemie von „unten“. Der
Treffpunkt ist eben die Nanotechnologie.
Moderator: Wo kann man die Nanotechnologie im
alltäglichen Leben finden?
Dr. Heinz Hilgers: Ebenfalls in fast allen Bereichen.
Beispiel sind der Automobilbereich, der Haushaltsbereich, der Bereich
der täglichen Arbeit und der Hobbybereich. Eigentlich überall.
Suse: Hallo Dr. Hilgers. Wie funktioniert das
eigentlich, wenn sich ein Auto oder eine Jacke selbst reinigt?
Dr. Heinz Hilgers: Das Geheimnis ist eine Oberflächenbehandlung,
deren Funktionsprinzip sowohl chemisch, als auch physikalisch nach
einem ganz bestimmten Muster arbeitet. Chemisch ist wichtig, dass
die Oberfläche keine Adhäsion zeigt, vergleichbar mit
einer Teflonpfanne, in der nichts anbrennt. Das physikalische Prinzip
unterstützt diese chemische Eigenschaft durch eine ganz gezielte
Oberflächenstruktur die z. B. aus vielen kleinen, spitzen Hügeln
besteht, die ein Benetzen der Oberfläche nicht möglich
machen. Dies findet man in der Natur bei sogenannten Fettpflanzen,
wie zum Beispiel bei der Lotuspflanze.
horstkevin: Mit Hilfe des Lotuseffekts ist die
Selbstreinigung von Werkstoffen möglich. Wo können wir
dieses Prinzip in Haushalten finden und welche Entwicklungen gibt
es derzeit dazu?
Dr. Heinz Hilgers: Die Entwicklung werden zum
Beispiel bei der Herstellung von Badewannen und -becken genutzt.
Die Teflonpfanne selbst ist ein Vorläufer dieses Prinzips und
schon lange bekannt. Aber es gibt auch verschiedene Systeme, die
auf Folien appliziert werden, die für den medizinischen Bereich
interessant sind und später vielleicht auch im Haushalt Anwendung
finden können, wenn man zum Beispiel eine glatte Fläche
einfacher sauber halten möchte. Denken wir an Jalousien oder
auch an Farben für Außenwände einer Hausfassade.
Moderator: Eine konkrete Frage zu einer Anwendung
im Haushalt von Hendrik Markowski:
Hendrik Markowski: Wie weit ist die Entwicklung
des Nano-Klettverschlusses? Auf welchen Materialien funktioniert
er, auf welchen kann man ihn anbringen?
Dr. Heinz Hilgers: Ich befasse mich selber nicht
mit diesem Thema und kann Ihnen leider keine Auskunft geben.
Berlina: Hallo Dr. Hilgers! Mich würde interessieren,
ob man aus Nanoteilchen winzige Maschinen bauen kann, die dann zum
Beispiel durch unseren Körper reisen und Krankheiten heilen?
Dr. Heinz Hilgers: Die Vision von Nano-Robotern
stammt aus den USA und ist wissenschaftlich ziemlich kindisch. Es
gibt allerdings durch die Nanotechnologie eine sehr wichtige Entwicklung,
die aus Deutschland stammt. Sie sieht vor, durch winzige Rostpartikel,
die in einer neutralen Lösung in Tumore gespritzt werden, Krebs
zu heilen. Dies wird bei Hirntumoren angewandt. Der Patient wird
nach der Anwendung in ein großes Magnetfeld gesetzt, das Schwingungen
und Vibrationen der kleinen magnetischen Partikel verursacht. Da
diese Partikel vorher mit einer organischen Hülle versehen
wurden, die sicherstellt, dass sie ausschließlich an Tumorzellen
andocken und von gesunden Zellen fernbleiben, wird die Vibration
über eine Reibungs- und Temperaturerhöhung nur an den
Krebszellen wirken. Bewegungen im Kleinen heißt Temperatur,
Temperatur im Körper heißt Fieber. Die Krebszellen haben
also Fieber, zum Beispiel 46 Grad. Das Eiweiß denaturiert,
die Krebszelle ist gezielt getötet.
Moderator: Wie ist hier der Stand der Forschung?
Wird dieses Verfahren bereits angewendet oder befindet es sich noch
im Entwicklungsstadium?
Dr. Heinz Hilgers: Dieses Verfahren wird im Versuchsstadium
bereits an Menschen erprobt. So weit mir bekannt, sind bisher 19
Patienten behandelt worden. Die meisten von ihnen hatten einen Tumor,
Glioblastom genannt, der normalerweise innerhalb eines halben Jahres
zum Tode führt. Die meisten der 19 Patienten leben noch.
Moderator: Eine Nachfrage von Iomoist zu Nano-Robotern:
lomoist: Nano-Roboter: Ist es möglich, dass
man zum Beispiel Spritzen, wie für Insulin, einbaut, die dann
funktionieren, ohne von außen gesteuert werden zu müssen?
Ist das eine Vision oder schon Wirklichkeit? Ich meine, so etwas
gelesen zu haben.
Dr. Heinz Hilgers: Das Problem ist, dass man eine
nicht geringe Menge Insulinlösung braucht, die ein bestimmtes
Volumen hat. Eine Maschine zu bauen, die ein wesentlich kleineres
Volumen hat, ist daher nicht möglich. Es sind aber derzeit
Untersuchungen zu möglichst kleinen mikrosystemtechnischen
Einheiten im Gange, die vollständig in den Körper einoperiert
werden können und keine notwendige Verbindung mehr nach außen
haben. Über Sensoren wird die Abgabe von Insulin aus einem
Reservoir in den Körper gesteuert. Das Reservoir wird alle
paar Monate mittels einer Spritze durch ein Septum neu befüllt.
Hoffen wir, dass diese Entwicklung in wenigen Jahren auch eingesetzt
wird.
lillifee: Wird die Nanotechnologie bereits in
der internationalen Raumfahrt genutzt?
Dr. Heinz Hilgers: Ja. Ich selbst arbeite derzeit
an einem Projekt mit der Firma EADS, das die Funktion von Sonnenpaddeln
deutlich erleichtert. Ich darf aber noch nicht über Einzelheiten
sprechen. Dieses Projekt wird vom BMBF gefördert.
Stefan: Und gibt es schon Materialien aus der
Raumfahrt, die im Alltag angekommen sind?
Dr. Heinz Hilgers: Alles, was in der Raumfahrt
erforscht wird, hat bisher sehr schnell Einzug in die allgemeine
Anwendung gefunden. Die Computer über die wir uns derzeit unterhalten,
sind ein klassisches Beispiel.
christian wu: Wird die Nanotechnologie in der
BRD bereits im Militär eingesetzt? Welche Möglichkeiten
des Einsatzes sind hier denkbar?
Dr. Heinz Hilgers: Ich bin davon überzeugt.
Mir sind aber keine konkreten Beispiele bekannt.
Moderator: Gleich zwei Fragen zum Thema Gefahren
durch die Nanotechnologie:
legolas: Was für Gefahren und Chancen birgt
die Nanotechnologie in sich (zum Beispiel bei Militäreinsätzen)?
Rapunzel: Hallo Herr Dr. Hilgers, besteht die
Gefahr des Missbrauchs der Nanotechnologie?
Dr. Heinz Hilgers: In der Vergangenheit haben
die Menschen es immer wieder verstanden, jede Technologie zu missbrauchen.
Es ist also eine Sache der Verantwortlichkeit der Menschen, die
dies tun und eine Sache der Gesamtbevölkerung, diesen Missbrauch
zu unterbinden. Die Technologie kann im Grunde nichts dafür.
Steffi: Hallo Dr. Hilgers, ist es möglich,
Nanoteilchen einzuatmen, wenn ja, was würde passieren?
Dr. Heinz Hilgers: Das tun wir bereits täglich.
In der Atemluft sind eine unvorstellbare Zahl von Mikro- und Nanopartikelchen
sowie Keimen enthalten. Die Gefahr besteht in Zukunft vielleicht
darin, dass künstlich erzeugte und sehr giftige Partikel in
die Atemluft gelangen könnten. Das wäre dann genauso gefährlich
wie ein Chemieunfall mit giftigen Gasen. Die Verantwortlichen müssen
alles tun, um solche Unfälle von vornherein und möglichst
vollständig zu vermeiden.
Moderator: Drei Chatter/innen interessieren sich
für die Neuentwicklung von Werkstoffen durch die Nanotechnologie:
Stefan: Gibt es schon neue „künstliche“
Materialien, die hochwertiger sind als Gold oder Platin?
Thommy: Gibt es durch die Nanotechnologie auch
neue Werkstoffe, die man bisher nicht kennt?
Stefan: Neue Werkstoffe gibt es ja viele, welche
sind die innovativsten?
Dr. Heinz Hilgers: Zur ersten Frage: Die Herstellung
mancher Nanooberflächen ist heute schon wesentlich teurer als
die genannten Edelmetalle, wenn man den Preis pro Volumen berechnen
würde.
Zur zweiten Frage: Es gibt völlig neue Werkstoffe deren Einzelbestandteile
in der Regel schon bekannt sind, aber deren nanotechnologische Anordnung
und Struktur völlig neue Funktionen eröffnen und die Eigenschaften
der Materialien in völlig neuem Licht erscheinen lassen. Zur
dritten Frage: Innovation bedeutet schnelle Umsetzung von Ideen.
Die innovativsten Werkstoffe sind aus meiner Sicht also die, die
am schnellsten in Produkten für die Gesellschaft eingesetzt
werden können. Da gibt es einige Beispiele, Teflon hatte ich
schon genannt. Schon sehr bald wird es Wischlappen geben, die nicht
mehr von Bakterien befallen werden und damit keine Krankheitskeime
weitergeben – ebenfalls eine deutsche Entwicklung, die das
BMBF fördert.
alois_g: Sind die Oberflächen der Stelen
des Holocaust Mahnmals in Berlin mittels Nanotechnologie behandelt
worden?
Dr. Heinz Hilgers: Das weiß ich leider nicht.
Moderator: Zwei Fragen zur staatlichen Regulierung:
Mammut: Kontrolliert der Staat eigentlich, wo
Nanotechnologie eingesetzt wird und darf?
rübenkopf100: Gibt es gesetzliche Einschränkungen
bezüglich des Einsatzes von Nanotechnologie?
Dr. Heinz Hilgers: Die Gefahren, die mit Nanotechnologie
verbunden sein könnten, werden sowohl im europäischen
Forschungsbereich als auch bei den Ministerien der einzelnen europäischen
Länder sehr ernst genommen und sind selbst Gegenstand intensiver
Forschung. Zudem ist jeder seriöse Wissenschaftler und jede
entsprechende Firma, die sich mit Fabrikation von Nanopartikeln
befasst, bemüht, diese Gefahr frühzeitig auszuschließen.
Die chemische Industrie hat gelernt, täglich mit sehr giftigen
Substanzen umzugehen, ohne die Umwelt zu belasten. Diese Sorgfalt
wird in der Nanotechnologie noch wesentlich ernster genommen.
Moderator: Kommen wir zu Ihrem Arbeitsfeld, der
Erforschung der Nanotechnologie:
Berlina: Was machen eigentlich Nanowissenschaftler
und wo arbeiten Sie?
Banane: Wie sind Sie eigentlich zur Erforschung
der Nanotechnologie gekommen?
Dr. Heinz Hilgers: Zur ersten Frage: Es gibt keine
Nanowissenschaftler. Es gibt ja auch kein Studium der Nanotechnologie.
Die Nanotechnologie ist eine interdisziplinäre Technik, bei
der sowohl Biologen, Physiker, Chemiker, Mediziner, Maschinenbauer,
Mathematiker etc. gebraucht werden. Alle zusammen begründen
die Nanotechnologie. Dies ist ein großer Vorteil für
junge Nachwuchswissenschaftler und Studenten, ganz gleich was sie
studieren. Sie werden dies zwangsläufig zu schätzen wissen
Zur zweiten Frage: Durch die Forschung für die Produktion von
Festplattenlaufplatten unter Optimierung der Oberflächen der
Magnetplatten bin ich zur Nanotechnologie gekommen. Im übrigen
darf ich Ihnen sagen, dass Sie über diese Form der Anwendung
bereits täglich mit Nanotechnologie arbeiten.
tante_kaethe: Wird die Nanoforschung aus Ihrer
Sicht ausreichend gefördert?
Dr. Heinz Hilgers: Das ist eine gefährliche
Frage, denn ich selbst bin Forscher und daher einseitig geprägt.
Aber im Ernst: Gerade für Deutschland ist diese Technologie
besonders wichtig und aus meiner Sicht sollte sie in Zukunft mindestens
genauso stark gefördert werden, wie sie es derzeit wird. Eine
Verstärkung wäre von Vorteil, weil dadurch die Ausbeute
der einschlägigen Forschung in der Nanotechnologie noch besser
gewährleistet würde und noch mehr mittelständigen
und kleinen Unternehmen zugänglich gemacht werden würde.
gladiator: Auf welche Schwierigkeiten stoßen
Sie bei ihrer Forschung?
Dr. Heinz Hilgers: Auf alle Schwierigkeiten, die
in der Material- und
Verfahrensforschung vorkommen können. Und diese Herausforderung
ist der beste Kick für einen Wissenschaftler.
nolsen: Was war das überraschende und spektakulärste
Ergebnis ihrer Forschungsarbeit?
Dr. Heinz Hilgers: Die erstaunliche Erkenntnis,
dass weniger mehr sein kann… Dies bezogen auf das Beispiel: wie
gering die Veränderung der Chemie einer Oberfläche sein
muss, um völlig überraschende und ungemein wichtige Einsatzmöglichkeiten
zu erzielen, z. B. die Biokompatibilität einer beliebigen Oberfläche,
d. h. das Vermögen, biologische Zellen wachsen zu lassen und
nicht abzutöten. Übrigens mein derzeit spannendstes Forschungsgebiet.
nanochen: Was definiert Ihrer Meinung nach den
Durchbruch in der Nanotechnologie?
Dr. Heinz Hilgers: Die Nanotechnologie ist so
vielseitig, dass es nicht einen Durchbruch, sondern eine ganze Reihe
geben wird. Die Nanotechnologie wird in vielen Bereichen der Materialforschung
und Anwendung Revolutionen erzeugen.
Niebelunge: Ist die deutsche Nanoforschung im
internationalen Vergleich führend?
Dr. Heinz Hilgers: In vielen Bereichen ja. Vor
allem im Bereich der Partikelforschung und der Plasmatechnik und
Oberflächenmodifikation.
Wagenheber: Wird der Forschungsstandort Deutschland
Ihrer Meinung nach unterschätzt?
Dr. Heinz Hilgers: Ja, vor allen Dingen von den
deutschtypischen Bedenkenträgern. Im Ausland, vor allem im
europäischen, wird die Förderung der Nanotechnologie allseits
bewundert.
julian_88: Die Nanotechnologie ist eine zukunftsträchtige
Branche, die weiterhin viele neue Arbeitsplätze schaffen wird.
Empfehlen Sie, als Praktiker, den Zugang zu diesem Berufsfeld eher
durch eine Ausbildung oder durch ein Studium?
Dr. Heinz Hilgers: Beides ist interessant und
unterscheidet sich von den Bedürfnissen übriger Technologien
durch rein gar nichts. Wie schon gesagt, ist jede Disziplin Bestandteil
der Nanotechnologie.
Moderator: Kommen wir zur wirtschaftlichen Bedeutung
der Nanotechnologie:
kildran: Ist Nanotechnologie auch ein großes
Business, oder wird es das? Wie sind die Prognosen?
Prinz Charles: Wird mit Nanotechnologie schon
Geld verdient oder gibt es dafür einen Markt?
Dr. Heinz Hilgers: In fast allen Branchen hat
die Nanotechnologie schon jetzt Einzug gehalten. Die Produktionszahlen
für einzelne Produkte schwanken von 100.000 Dollar bis zu mehreren
Milliarden. Solche Zahlen werden meist von Betriebswirten generiert.
Der eigentliche Anteil der Nanotechnologie für diese Produkte
kann unter Umständen sehr klein sein, ist aber entscheidend,
da sonst das Endprodukt (und hierfür stehen die Zahlen) nicht
möglich ist.
Sternschnuppe: Sind Ihre Forschungsergebnisse
durch Patente gesichert?
Hans-Joachim: Kann man sich als Urheber der Forschungsergebnisse
nicht (z. B. durch Patente) gegen Missbrauch absichern?
Dr. Heinz Hilgers: In vielen Fällen sind
nanotechnologische Patente auch in Deutschland gemacht worden. Bedauerlich
ist, dass derzeit einige Patente eine Umsetzung eher verhindern,
anstatt sie möglich zu machen. Wir sollten uns immer daran
erinnern, dass Innovation Umsetzung bedeutet und erst die Umsetzung
eine Wertschöpfung bringt. Patente, die im Schrank vergammeln,
sind kontraproduktiv. Crosslicensing wäre eine Lösung.
Moderator: Sie sind also gegen die Patentierbarkeit
der Forschungsergebnisse?
Dr. Heinz Hilgers: Sie haben mich falsch verstanden.
Ich möchte, dass Patente umgesetzt werden, und die Entscheidung,
ob die Ergebnisse einer Produktion zugängig sind, nicht ausschließlich
Juristen überlassen wird.
Moderator: Kommen wir zur letzten Frage:
kildran: Die Reise ins Ich: Wie wichtig sind solche
Visionen eigentlich, um die Nanotechnologie bekannt und akzeptiert
werden zu lassen?
Dr. Heinz Hilgers: Wir Menschen interessieren
uns naturgemäß am meisten für uns selbst. Wenn die
Nanotechnologie uns hilft – und das wird sie sicher –
Zugang zu uns selbst und unserem Inneren zu verschaffen, dann hat
sie eines der interessantesten Geheimnisse der Menschheit gelöst.
Moderator: Das war unsere Chat-Stunde, vielen
Dank für Euer Interesse im Namen des Veranstalters, des Bundesministeriums
für Bildung und Forschung und des Kooperationspartners wasistwas.de.
Herzlichen Dank Herr Dr. Hilgers, dass Sie sich die Zeit genommen
haben. Kein Wunder bei einem so interessanten Gast: Es sind viele
Fragen übrig geblieben. Weitere Informationen zum Thema Nanotechnologie
findet Ihr unter der Internetadresse des Bundesministeriums für
Bildung und Forschung http://www.bmbf.de
und unter http://www.wasistwas.de.
Dr. Heinz Hilgers: Ich habe zu danken, vor allem
unserem interessierten Nachwuchs!!!