N A N O T E C H N O L O G I E

NANOTECHNOLOGIE

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Anton Nagaroor

NANOTECHNOLOGIE INHALTSVERSEICHNISS Vorwort…………………………………………………………………………………………………..........04 1.0 Was ist Nanotechnologie………………………………………………….…………………………..05 1.1 Was sind Nanopartikel…………………………………………………………………………………06 1.2 Wie entstehen Nanopartikel ……………………………………………………………………….....07 1.3 Die Masseinheit……………...……………………………………………………………………….....08 2.0 Überblick über wichtige Anwendungsorte………………………………...………………………10 2.1 Designer-Food…………………………………………………………………………………………..11

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2.3 Oberflächenfunktionalisierung und –Veredelung…………………………………………………13 2.4 Energieumwandlung und –Nutzung…………………………………………………………………15 2.5 Konstruktion……………………………………………………………………………………………..17 2.6 Medizin………………….………………………………………………………………………………...19 2.7 Sicherheit und Rüstung………………………………………………………………………………..21 2.8 Informationsverarbeitung……………………………………………………………………………..23 3.0 Toxizität……………….………………………………………………………………………………….25

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Vorwort

Ich habe für meinen Abschlussarbeit, das Thema Nanotechnologie gewählt, weil ich mich sehr für Wissenschaftliche Ereignisse interessiere und weil Nanotechnologie in der Zukunft eine wichtige Rolle spielen wird. Nanotechnologie bedeutet eigentlich, das Nutzen von Partikeln welche einzigartige Eigenschaften haben. Es wird bereits ein Teil von Nanotechnologie in Konsumgütern angewendet. In dieser Arbeit will ich erläutern, wo man sie heutzutage einsetzt und welche Auswirkungen diese auf uns Lebewesen haben kann.

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1.0 Was ist Nanotechnologie

Nanotechnologie ist die Forschung, die sich mit der Entstehung, Herstellung und Anwendung von Formen und Bausteinen beschäftigt, die eine Grösse von etwa hundert Millionstel Millimetern (100 Nanometern) oder weniger haben. Nanotechnologie hat das Reservoir, beträchtlichen Einfluss auf die Gesellschaft auszuüben. Es wird bereits in der IT-Branche genutzt. Es kommt auch in Kosmetikprodukten und Sonnenschutzmitteln, in Textilien, Beschichtungen, in einigen Lebensmittel- und Energietechnologien und in Medizinprodukten und Medikamenten zur Anwendung. Durch die Anwendung der Nanotechnologie könnte man auch, die Umweltverschmutzung zu reduzieren. Künstlich hergestellte Nanopartikel weisen ganz andere Charaktere und Wirkungen auf, als der gleiche Stoff in größeren Formen. Damit können sie auch neue Gesundheitsrisiken für Lebewesen mit sich bringen. Bestimmt könnten die Abwehrmechanismen des menschlichen Körpers nicht in der Lage sein, diese zu bekämpfen. Seite 5 von 26

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1.1 Was sind Nanopartikel

Nanopartikel gibt nur die Größe eines Partikels an. Ein Nanometer (nm) sind 10^-9 meter. Anders ausgedrückt ist ein Nanometer ein Promille von einem Promill eines Millimeters. Partikel, deren Größe im Bereich von 1-10nm liegen werden als Nonopartikel bezeichnet. Dabei spielt die Beschaffenheit der Partikel keine Rolle. Es ist egal ob dies Staub, Schmutz, Pigmente o.ä. sind. Das Problem ist, dass so kleine Partikel dazu neigen aneinander zu kleben. Dadurch bilden sich deutlich größere Partikel, die nicht mehr die Eigenschaften der Nanopartikel haben.

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1.2 Wie entstehen Nanopartikel

Nanopartikeln können auf natürlicher Weise entstehen, sowie auch künstlich erzeugt werden. Sie können unabsichtlich durch Kochen, Transport und Produktion von Gütern, freigesetzt werden. Oder für Konsumgüter und Hochtechnologien gezielt entwickelt werden. Künstlich werden diese Nanoparitkeln durch chemische Prozesse erzeugt. Dabei werden aus Gasen feinste Tröpfchen, die dann kondensieren und weiter wachsen. Auf natürlicher Art entstehen diese durch Erosion und durch chemische Abbauprozesse von Pflanzen.

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1.3 Die Masseinheit

Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter: 1 nm = 1/1000 µm = 1/1.000.000 mm = 1/1.000.000.000 m = 10–9 m. Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von ca. 50.000 Nanometern.

Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie der Durchmesser eines einzelnen Atoms zu dem eines Apfels oder wie der Durchmesser einer Haselnuss zu dem der Erde.

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2.0 Überblick über wichtige Anwendungsorte

Durch den kontrollierten Aufbau makroskopischer Körper aus atomaren und molekularen Bausteinen lassen sich deren Eigenschaften gezielt einstellen. Das Verständnis der molekularen Grundlagen neuer Materialien eröffnet Perspektiven für die Herstellung neuer "schaltbarer" Werkstoffe, die mit konventionellen Methoden nicht herstellbar sind. Insgesamt gesehen ist der Entwicklungsstand von Produkten, Produktideen und Konzepten der Nanotechnologie sehr unterschiedlich; ihr Realisierungszeitpunkt reicht von der Gegenwart bis weit in die Zukunft. Eine Reihe von Anwendungen befindet sich bereits in der Phase der Realisierung.

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2.1 Designer-Food

Winzige Teilchen transportieren Aromen oder Farbstoffe in die Speisen. Sie lösen sich erst auf, wenn sie bestimmten Reizen, Schütteln und Mikrowellen ausgesetzt sind. Diese so genannten Nano-Container bestehen aus Fettmolekülen. Man prüft auch, ob man gesundheitsfördernden Substanzen in den Containern einschleusen kann ( z.B: Probiotische Joghurtkulturen, Omega-3-Fettsäuren oder sekundäre Pflanzenstoffe) welche man dann exakt im Lebensmittel platzieren kann, um schneller und effektiver im Körper verarbeitet zu werden. Die führenden Lebensmittelkonzerne wie zum Beispiel Unilever oder Nestlè haben längst mit der Nano-Forschung begonnen. Die Lebensmittel Studien haben aber ergeben, anhand der Tierversuche, dass die kleinen Nanopartikel gesundheitsschädigend sind.

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Bespritzung der Birnen mit Nano-Container

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2.2 Oberflächenfunktionalisierung und -veredelung

Nanotechnologie, im Bereich Oberflächenfunktionalisierung und -veredelung ist schon sehr fortgeschritten. Bereits in der industriellen Anwendung befinden sich Multi- und Verbundschichten, die sich durch verbesserte Eigenschaften auszeichnen, wie zum Beispiel „selbstreinigende“ Oberflächen. Über schaltbare bzw. in der Farbe veränderbare Lacke und selbstheilende Lacke wird diskutiert. Durch den Zusatz von Nanopartikeln in konventionelle Lacke ergeben sich neue und verbesserte, nanobasierte Farbeffekte. Am meisten forschen die Autokonzern (BMW, Mercedes, Porsche) mit der Nanotechnologie, im bereich Oberflächenfunktionalisierung und veredelung.

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Selbstreinigende Oberfläche

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2.3 Energieumwandlung und –nutzung

Die Energieumwandlung kann erhöht werden, mit dem Einsatz von Nanotechnologie. Einsatz von nanotechnologischer Werkstoffen in Brennstoffzellen. . Durch Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung lässt sich etwa der Massenanteil des Wasserstoffs bei chemischer Speicherung erhöhen. Durch den Einsatz von Nanoröhren in Akkus, kann die Leistungsfähigkeit von Batterien erhöhen. Mit den Nanoröhren, sollten auch hohe Verluste beim Stromtransport vermieden werden, weil bei denen Supraleitfähigkeit bei Raumtemperatur für möglich gehalten wird. Axpo ist vor allem in diesem Bereich sehr aktiv.

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Nanorohr

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2.4 Konstruktion

Durch die Einführung charakteristischer Strukturgrössen im Nanometerbereich kann man entscheidende Materialgrössen verbessern. Zum Beispiel, aus Nanopartikel versehene Polymere besitzen Eigenschaften, welche zwischen den anorganischen Keramiken und organischen Polymeren liegen. Solche mit Nanopartikeln optimierten Materialien finden sich in besonders beanspruchten Bereichen des Leichtbaus oder in Hochtemperaturanwendungen und Massanwendungen. Wesentliche Eigenschaftsverbesserungen sind auch bei Baustoffen durch Beimischen von Nano-Zusatzstoffen möglich. (Hochleistungsbetone mit höheren Druckfestigkeiten).

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Polymere mit Nanopartikeln

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2.5 Medizin

Vom Nanotechnologie im Lbenswissenschaft kann man verbesserungen bei medizinischer Diagnose und Therapie sowie Leistungssteigerungen beim Menschen erwarten. Man kann sich unter mögliche Anwendungen folgendes vorstellen .Herstellung von Wirkstoffen, dem ortsgenauen Wirkstofftransport vom biokompatibler Materialien. So kann man gezielt den Insulinspiegel kontrollieren, in den man das Insulin in Nanopartikeln schleust, welche es in die Schleimhaut transportiert. Ein Segen für die Diabetiker.

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Insulin in Nanopartikeln verpackt

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2.6 Sicherheit und Rüstung

Bei Land- und Luftfahrzeuge könnten herkömmliche Strukturwerkstoffe zum Teil durch festere und leichtere Materialien ersetzt werden. Zudem könnten Verbesserungen beim direkten (Panzerungen) und indirekten Schutz militärischer Fahrzeuge, durch Tarnungen wie zum Beispiel Farbänderungen. In der militärischen Aufklärung gibt es eine Vielzahl von möglichen Anwendungen, die auf der Nutzung von nanotechnologischen Komponenten für Sensoren basieren. Auch der Bereich der Waffen und Munition wird unmittelbar von den sensorischen Fähigkeiten sowie von der Erhöhung der Rechenleistung und Speicherkapazität durch Nanotechnologie beeinflusst. Nanotechnologische Entwicklungen werden Auswirkungen für das militärische Personal haben Soldaten mit zusätzlichen Funktionalitäten auszustatten. Novartis forscht zurzeit in diesem Bereich fleissig.

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Adrialin Schub durch Nanosuit

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2.7 Informationsverarbeitung

Optoelektronische ( = elektronische und optische) Bauelemente sind die wichtigsten Anwendungsgebiete im Informationsverarbeitung. Photonische Kristalle weisen ein Einsatzpotenzial für rein optische Schaltkreise auf, etwa als Grundlage für eine zukünftige nur auf Licht basierende Informationsverarbeitung. Dabei hilf die Nanotechnologie welche elektronische Bauelemente mit neuen Eigenschaften im atomarer Ebene zusammensetzen, dass heisst mit potenziellen hohen Packungsdichte in den elektronischen Bauelementen. Zurzeit beschäftigen sich vor allem Siemens, Nokia, Microsoft und IBM.

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Morph das neue Multifunktionsgerät vom Nokia.

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3.0 Toxizität Biomoleküle besitzen die gleiche Grösse wie die Nanopartikel, es könnten Wechselwirkungen auftreten und bestimmte Nanopartikel könnten toxisch wirken. Nanopartikel könnten beim Menschen und bei anderen Lebewesen in den Körper gelangen und sich in Organen ablagern, wie zum Beispiel in den Lungen. Diese eingeatmeten Nanopartikel könnten Lungenentzündung und Herzprobleme hervorrufen.

Das Wissen über das Verhalten von Nanopartikeln im Körper ist noch gering. Eine Abschätzung der von Nanopartikeln ausgehenden gesundheitlichen Risiken sollte man berücksichtigen, dass das Alter, Atemwegsprobleme und die Anwesenheit anderer Umweltschadstoffe die gesundheitlichen Wirkungen beeinflussen können.

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Nanopartikel schadet Lungenzellen

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