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Nanotechnologie - Aufbruch ins Reich der Zwerge

Aufbruch ins Reich der Zwerge

AutorKlaus Jopp
VerlagGabler Verlag
Erscheinungsjahr2007
Seitenanzahl183 Seiten
ISBN9783834991089
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis54,99 EUR
Der versierte Wissenschaftsjournalist gibt einen Überblick über eine faszinierende Querschnitts-Technik. Neu in der 2., aktualisierten und erweiterten Auflage sind u. a. Entwicklungstendenzen in Korea und China sowie ein aktueller, weltweiter Überblick über die staatlich geförderten Forschungsaufwendungen. Auch die sich schnell wandelnde Forschungslandschaft in Deutschland wird ausführlich an Hand neuer Nanozentren thematisiert. Ein einzigartiges Buch zum einzigartigen Nanokosmos.

Klaus Jopp ist diplomierter Chemiker und freier Wissenschaftsjournalist in Hamburg.

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Leseprobe
Kapitel 4

Einsatz der Zwerge in Medizin, Pharmazie und Biologie (S. 83-84)

Spannende Überschneidungen zwischen Nano- und Biotechnologie

Wer erinnert sich nicht an den Film „Die phantastische Reise", den Richard Fleischer 1966 für die 20th Century Fox gedreht hat. Eine U-Boot-Besatzung wird zusammen mit ihrem Gefährt auf die Größe einer Mikrobe geschrumpft und in die Blutbahn eines Wissenschaftlers injiziert, um dort ein lebensbedrohliches Blutgerinnsel zu beseitigen. Für die Crew beginnt in der Tat eine phantastische Reise, die zu einem dramatischen Wettlauf mit der Zeit gerät, denn nur 60 Minuten bleiben zur Erfüllung der Mission. In plastischen Bildern wird deutlich, welche Vorgänge im Körper ablaufen – wobei man nie vergessen darf, dass Hollywood bei diesem Vorgriff auf das Nanozeitalter Regie geführt hat.

Propheten der Nanotechnologie träumen ähnlich wie in dem Film-Epos von winzig kleinen, intelligenten Maschinen, die in unserem Körper ganz gezielt Viren, Bakterien oder Krebszellen attackieren, bedrohliche Plaques-Ablagerungen in unseren Adern au.ösen oder als interne Messsonden z. B. für Temperatur, Bluthochdruck oder Körperfunktionen fungieren. Derartige omnipotente Nanoroboter wird es wahrscheinlich nie geben – und geschrumpfte U-Boot-Besatzungen schon gar nicht. Viele Fachleute sind dennoch davon überzeugt, dass Zwerge im Bereich der Medizin, Pharmazie und Biologie sehr hilfreich sein werden. Erste Ansätze in der medizinischen Diagnostik und Therapie, in Analytik und Sensorik sind bereits realisiert, auch wenn viele Entwicklungen den Bereich der Grundlagenforschung noch nicht verlassen haben.

Drei Technologietrends markieren den Beginn des 21. Jahrhunderts und prägen die künftige industrielle und wirtschaftliche Entwicklung: die Informations-, die Biound die Nanotechnologie. Besonders spannende Gebiete für die Forschung sind die Überlappungsbereiche. Gerade die Schnittmenge der Nano- mit der Biotechnologie soll auf vielen Gebieten geradezu revolutionierende Erkenntnisse und umfassende neue Anwendungen generieren. Die Nanobiotechnologie macht sich sowohl die rasante Miniaturisierung (Top-down-Strategie) als auch die gewachsenen Möglichkeiten zu eigen, künftig auf molekularer Ebene hantieren zu können (Bottom-up-Strategie). Gleichzeitig erfolgt eine verstärkte Nutzung biologischer Prozesse für die technische, hier besonders für die physikalisch-chemische Entwicklung. Zwei Schlagzeilen skizzieren diese parallele Vorgehensweise: „Biology meets Nanotechnology" lautet die erste. Sie zielt darauf ab, dass Prinzipien der Biologie verstärkt auf nanotechnologische Verfahren übertragen und biologische Nanoobjekte für die Technik nutzbar gemacht werden. Hier sind insbesondere molekulare Motoren und molekulare Bioelektronik gemeint. Der zweite Slogan heißt genau umgekehrt: „Nanotechnology meets Biology". Dahinter verbirgt sich der Einsatz nanotechnologischer Verfahren in der Biologie, im speziellen zur Steuerung und Behandlung biologischer Systeme. So sollen unter anderem Nanopartikel biokompatible und biofunktionale neue Werkstoffe sowie die Früherkennung und Therapie von Krankheiten ermöglichen.

Deutschland hat im Gegensatz zu anderen Ländern schon relativ früh auf einen Schwerpunkt Nanobiotechnologie gesetzt, das Forschungsministerium BMBF sieht hier offenbar sehr gute Chancen zur Pro.lierung. Ende Juni 2001 wurde das neue Förderprogramm mit dem Titel „Nanobiotechnologie, Forschung an der Schnittstelle von Physik, Biologie, Chemie, Material- und Ingenieurwissenschaften, zwischen Nano- und Biotechnologie" in Berlin vorgestellt. Die Fördermaßnahmen sollen bis 2006 ein Volumen von bis zu 50 Millionen Euro erreichen. In einer ersten Runde wurden rund 20 Millionen Euro für 21 Projekte bewilligt. Das Ministerium sah sich schnell bestätigt, denn die Unternehmensberatung Ernst &, Young hatte in ihrem europäischen Life Sciences Report die Nanobiotechnologie als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts identi.ziert. Die zahlreichen Einsatzfelder versprächen ein erhebliches wirtschaftliches, medizinisches und technologisches Potenzial. So wurde Ende 2002 das CC-NanoBio-Tech-Kompetenzzentrum Nanobiotechnologie in Kaiserslautern gegründet
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis6
Vorwort12
Das Orakel von Delphi15
Zwischen Science-Fiction und Wirklichkeit15
Deutschlands Straßennetz auf einem Fingernagel17
Nano – ein Thema mit überragender Querschnittsfunktion18
Strukturen nach dem Plopp-Effekt19
Erfolgskonzept Miniaturisierung21
Wie die Nadel eines Plattenspielers22
Auf dem Sprung in die Kommerzialisierung23
Vorbild Natur – Vorbild Zelle28
Die effektivste Fabrik ist winzig klein28
Der Evolution auf der Spur – Selbstorganisation und Replikation29
Erfolgsstrategie Miniaturisierung – der Abstieg vom Mikro- in den Nanokosmos30
Der Nanokosmos hat eigene Spielregeln32
Effekte und ihre Grundlagen33
Der interdisziplinäre Ansatz35
Kleinste Teilchen – größte wirtschaftliche Bedeutung38
Alte Märkte mit neuen Lösungen38
Mit Nanopartikeln und -composites wird schon Geld verdient40
Die Banken haben das Thema Nano entdeckt41
Flache Displays vor weiterem Boom45
Neue Märkte durch neue Lösungen46
Ultrafeine Pulver für Pigmente, Katalysatoren und Keramiken47
Der Forschungswettlauf52
Das Gerangel um die Poleposition in den Märkten der Zukunft52
Überraschend großes Innovationspotenzial in Deutschland53
Die nächste Industrielle Revolution54
Die meisten US-Fördermittel gehen in die Grundlagenforschung56
Stärken und Schwächen der Triade57
Die japanische Herausforderung58
Bei Patenten USA und Deutschland vorn60
Europäische Programme63
Europa in der Nanotechnologie schon stark vernetzt64
Förderung durch das BMBF65
Nachwuchswettbewerb Nanotechnologie66
Netzwerk für den Fortschritt – die deutschen Kompetenzzentren68
„Magnete des Wissens“69
„Projekthaus Nanomaterialien“ – eine neuartige Kooperation77
Start für das Start-up „Degussa Advanced Materials“79
Einsatz der Zwerge in Medizin, Pharmazie und Biologie84
Spannende Überschneidungen zwischen Nano- und Biotechnologie84
Neuartige medizinische Heinzelmännchen86
Perfekte Biowerkstoffe87
Mit winzigen Magneten gegen den Krebs88
Medikamente mit Tarnkappe90
Biokompatible Nanoschichten für Implantate90
Maßgeschneiderte neue Wirkstoffe92
Verbesserte Analyse von DNA-Proben94
Nanosilber statt Antibiotika95
Neuartiges Werkzeug zur Entwicklung von Diagnostika98
Nanotechnologie in aller Munde99
Grundsätzlicher Technologiewandel bei der Zahnpflege100
Inspiration für Chemie und neue Materialien104
Schlüsselbranche für Nanowerkstoffe und -strukturen104
Polymerdispersionen – Nanoteilchen in Megatonnen104
Nanocomposite mit unterschiedlichen Morphologien106
Neue Katalysatoren für getaktete Polymere107
Organische Metalle – eine ganz neue Werkstoffklasse109
Wenn Weißmacher durchsichtig werden112
Die Erfolgsstory vom Sand115
Nanostrukturen mit Lotus-Effekt – Bausteine für superhydrophobe Beschichtungen117
Doppelte Struktur gegen den Schmutz118
Lotus-Spray in der Pipeline119
Kunststoffe mit Lotus-Effekt120
Extrem wasserabweisende Zeltbahnen und Textilien122
Katalysatoren, Zeolithe und Klebstoffe123
Schaltbare Kleber124
Keine Mikrosysteme ohne geeignete Fügetechnik125
Nanomaterialien mit neuen funktionellen Eigenschaften126
Das Geheimnis der Wunderskier129
Geheimtinten aus Hamburg129
Verbünde, Composite und Pulver131
Fullerene – Fußbälle, Röhren und andere Merkwürdigkeiten135
Nobelpreis für Chemie in nur elf Tagen137
Künstliche Diamanten aus Fulleren139
Heißes Eisen Supraleiter140
Ionentriebwerke für Satelliten141
Verbundwerkstoffe mit Nanoröhren142
Energiesparende Styrolsynthese143
Molekulare Drähte für die Mikroelektronik144
Neuer Schub für Elektronik und Informationstechnik146
Von den Energiemonstern zum Transistor146
Durchbruch des PC per Bausatz147
Strukturen immer kleiner, Wafer immer größer149
Die „Pizza-Bäcker“ kommen150
Miniaturmagneten als Datenspeicher152
Auf dem Sprung zu postoptischen Lithographieprozessen154
Nanoröhrchen in Y-Form aus Berlin156
BSE-Erreger als Stromkabel158
Baukasten für Nanowerkzeuge158
Laser aus atomaren Schichtstapeln160
Heinzelmännchen für Feinmechanik, Optik und Analytik162
Hohe Ausgaben für Forschung und Entwicklung162
Muskeln aus nanoporösem Metall163
Das Photon als Technologieträger163
Das Zeitalter der OLEDs hat begonnen167
OLEDs auch für Beleuchtungszwecke170
Polymerelektronik gewinnt an Gewicht172
Technologiewechsel bei der Chipherstellung173
Über 100 Schichten bis zum Spiegel175
Meilenstein für neue Technologie zur Chipfertigung176
Dosiersysteme für wenige Nanoliter178
„Augen und Finger“ für die Nanotechnologie180
Analytik – auch im Nanokosmos unverzichtbar181
Zwergeninstrumente: Pinzetten, Heizer und Pipetten181
Auf dem Weg zur magnetischen Nanofestplatte182
Potenzial für die Automobilindustrie184
Nanos im Fahrzeug – zum Teil ein „alter Hut“184
Zwerge sollen helfen, den Flottenverbrauch zu senken188
Leichtbau ist Trumpf190
Endlich kratzfeste Lacke191
Der Wettlauf zur Kratzfestigkeit ist noch nicht entschieden192
Ferrite, Chamäleons und Lotus193
Auch die Umwelt profitiert196
Neue Chancen für die Ressourcenschonung196
Warmes Wasser von der Sonne196
Nanoporen und -membranen197
Neue Technologie zur Salzgewinnung198
Metallische Nanofilter199
Automobillackierung: Es geht auch ohne Chrom199
Halogenfreie Flammschutzmittel auf Nanobasis201
Organisches Metall hilft auch im Umweltschutz202
Ultimativer Roststopper203
Baustoffe mit Nanoappeal: Beton und Lehm205
Die Energie der Zukunft208
Von der Sonnenwärme bis zu hocheffizienten Dämmstoffen208
Nanoskalige Solarzellen für mehr Power aus der Sonne208
Die Nanobatterie210
Der eigentliche Clou: Niedertemperatur-Sintern bei nur 250°C211
Alle Sicherheitstests mit Bravour bestanden212
Was die Brennstoffzelle mit Nanotechnologie zu tun hat213
Nanoröhren als Wasserstoffspeicher – Wunsch und Wirklichkeit214
Nanowürfel als Speichermedien215
Hoffnungsträger Metal Organic Frameworks216
Starkes Duo für die Wärmedämmung217
Die Visionen von der Nanomaschine220
Ray Kurzweil und K. Eric Drexler – Propheten oder Spinner?220
Es geht um elementare Fragen der menschlichen Existenz221
Nanoroboter, die sich selbst replizieren223
Schwärme von künstlichen Kreaturen225
Umweltschützer fordern ein Nano-Moratorium226
Auch das Militär will Nanotechnik230
Ängste ernst nehmen231
Namenverzeichnis234
Stichwortverzeichnis238
Der Autor248

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