Alles NANO oder was?

Nanotechnologie für Neugierige.

Buchreihe: Erlebnis Wissenschaft.

Autor: Prof. Dr. Gerd Ganteför

Klappentext:

Die Perfektion der Mücke oder
ein Reiseführer in die NANO-Welt.

„Alles NANO, oder was? Das fragen sich immer mehr Menschen. Die Computer werden intelligenter, die Handys kleiner. Die Nanotechnologie bietet schon heute beachtliche Anwendungen. Noch mehr allerdings faszinieren die Möglichkeiten, die in der Zukunft liegen, zum Beispiel in der Medizin. Können spezielle Nanopartikel tatsächlich bald gezielt Krebszellen attackieren? Zeit für eine Bestandsaufnahme: Was ist Nanotechnologie? Wo kommt sie bereits zum Einsatz? Was kann sie in Zukunft leisten? Und welche Gefahren sind mit ihr verbunden? All diese Fragen beantwortet Gert Ganteför, Professor für Physik, in diesem Buch.

Beste NANO-Lehrmeisterin: die Natur.

Die Natur ist dabei der reizvolle Ausgangspunkt des Buches, denn sie ist »die wahre Meisterin der Nanotechnologie«, wie Ganteför betont. Naheliegend dass der Autor zunächst einmal die Gesetze erklärt, die in der Welt der Moleküle, Atome und Quanten herrschen. Dringt man zum Beispiel in den Bereich von unter 100 Nanometern vor – zum Vergleich: Blutkörperchen sind zehnmal größer – spielen die Naturgesetze verrückt. Elektronen fliegen durch Barrieren, Teilchen können an mehreren Orten gleichzeitig sein und auch das Licht verlässt seine Bahnen. Der Mensch beginnt gerade erst zu verstehen, welche Chancen und Risiken dieser noch unerforschte Bereich bereithält.

Wann bauen wir winzige Maschinen von der Leistungsfähigkeit einer Mücke?

Eine Mücke ist perfekte Nanotechnologie, schreibt Ganteför, deren Bau und Funktion, zumindest vom technischen Standpunkt aus gesehen, weit jenseits dessen liegt, was Menschen erschaffen können. Der Autor fragt: Wie weit ist die Menschheit heute davon entfernt, winzige Maschinen von der Leistungsfähigkeit einer Mücke zu bauen? Und wie sähe die Welt aus, wenn das einmal möglich sein sollte? Nachdem Ganteför zunächst die Gesetze der Nanotechnologie erklärt, beschreibt er in einem weiteren Schritt den aktuellen Stand der Nanotechnologie und erklärt ihren Einfluss auf das tägliche Leben. Und verschweigt dabei auch nicht die Risiken – wahrscheinliche wie unwahrscheinliche.

Entstanden ist so ein lebendiger und realistischer Blick auf die Nanotechnologie und bietet eine geerdete Sicht auf den »Nanohype«. Dieses Buch ist der unverzichtbare Reiseführer in die Welt der Nanotechnologie – verständlich, unterhaltsam, spannend.“

Presseinformation des Verlags:

„Alles NANO, oder was? Die Computer werden intelligenter, die Handys kleiner – Nanotechnologie bietet schon heute beachtliche Anwendungen. Noch mehr allerdings faszinieren die Möglichkeiten der Zukunft. Können spezielle Nanopartikel tatsächlich bald gezielt Krebszellen attackieren? Zeit für eine Bestandsaufnahme, die Gerd Ganteför, Professor für Physik, in »Alles NANO oder was? Nanotechnologie für Neugierige« für uns macht.“

Eine Leseprobe:

1 Einleitung

1.1 Eine Mücke ist Nanotechnologie

„Sicher haben Sie schon einmal eine Mücke erschlagen, die sich Ihnen in unmissverständlicher Absicht näherte. Und Sie haben die Befriedigung erlebt, eine verwerfliche Tat, nämlich das Blutsaugen, verhindert zu haben. Aber kann man der Mücke wirklich »Bösartigkeit« unterstellen? Sie handelt nicht mit der Absicht, Sie zu quälen, sondern füllt nur ihre ökologische Nische in unserem Lebensraum aus. Was aber auf alle Fälle bleibt, ist das Gefühl, als Mensch dem einfachen Wesen »Mücke« überlegen zu sein. Bei genauerem Hinsehen stellt sich jedoch heraus, dass dieses scheinbar so unbestreitbare Gefühl der Überlegenheit auf tönernen Füßen steht. Eine Mücke (Abb. 1.1) ist vom technischen Standpunkt aus gesehen eine Maschine, deren Bau und Funktion weit jenseits dessen liegt, was Menschen erschaffen können. Auch mit fortschrittlichster Elektronik und Ultrafeinmechanik können Menschen keine künstlichen Mücken bauen. Eine Mücke wiegt ein Tausendstel eines Gramms. Gibt es so leichte, von Menschen gebaute Maschinen? Nein. Aber selbst wenn der Mensch eine solche Maschine bauen könnte, könnte sie dann auch fliegen? Hätte diese Maschine Augen? Könnte sie sich selbst ernähren? Nein. Und das, obwohl eine künstliche Mücke für das Militär unbezahlbar wäre. Denn eine solche Maschine könnte unbemerkt hinter die feindlichen Linien dringen, Gespräche abhören oder Unterlagen kopieren. Und sie bräuchte nicht zurückzukehren, denn sie kann sich selbst auftanken. Aber so etwas gibt es nicht. Noch nicht? Oder wird es niemals künstliche Mücken geben?

Das ist das Thema dieses Buches: Wie weit ist die Menschheit davon entfernt, winzige Maschinen von der Leistungsfähigkeit künstlicher Mücken zu bauen? Und wie sähe die Welt aus, wenn das irgendwann einmal möglich sein sollte?

Betrachtet man eine Mücke rein technisch, also als biologische »Maschine«, so ist sie ein Produkt hochentwickelter Nanotechnologie. Natürlich sind Pflanzen und Tiere lebendig und unterscheiden sich grundsätzlich von Maschinen. Aber wenn man diesen Unterschied einmal außer Acht lässt, ist eine Mücke ein hochkomplexer Mechanismus, der viele Funktionen einschließlich der eigenen Wartung, Reparatur und Reproduktion ausführen kann und nur ein Milligramm wiegt. Mücken bestehen wie alle Pflanzen und Tiere aus Zellen. In den Zellen, den Nanofabriken der Natur, erfüllen Proteine, also große Moleküle, vielfältige Funktionen und sie ähneln auf gewisse Weise den Maschinen aus der uns bekannten makroskopischen Welt. Im Zellkern befindet sich der Bauplan eines Lebewesens in Form der Erbsubstanz. Diese Erbsubstanz besteht aus sehr langen Molekülen, auf denen wie auf einem Magnetband der Bauplan als langer »Text« aufgeschrieben ist. Diese langen »Bücher« des Lebens nennt man Chromosomen. Sie haben einen Durchmesser von einem Nanometer und eine Länge von einigen Millimetern. Eine menschliche Zelle hat 46 solcher Fäden mit einer Gesamtlänge von knapp 2 Metern. Damit diese Moleküle in einen Zellkern passen, der nur einen Hundertstel Millimeter groß ist, muss der Faden aufgewickelt werden. Ab und zu muss die Zelle bestimmte Stellen des Fadens »lesen«, und dann beginnt ein komplizierter Prozess. Zunächst wird die gewünschte Information vom Chromosom auf ein kürzeres Molekül (die RNA) umkopiert und aus dem Zellkern heraustransportiert. Dann wird die Information von einem »Lesekopf«, dem Ribosom (Abb. 1.2), ausgelesen. Das ist ein großes Protein, das an dem Faden entlang gleitet.

Es gibt noch viele weitere Analogien zwischen Lebensfunktionen und Maschinen. Aber es gibt einen entscheidenden Unterschied: In einem Lebewesen sind diese »Maschinen« extrem klein. Es sind Nanomaschinen. Ein Größenvergleich verdeutlicht dies: Ein heutiger Computerspeicher wiegt 10 Gramm und kann 1000 Gigabyte speichern. Das entspricht 0,01 Gramm für 1 Gigabyte. Der Zellkern wiegt nur 0,0000000001 Gramm und dort ist ebenfalls rund 1 Gigabyte an Information gespeichert. Die Natur ist uns also immer noch millionenfach voraus. …“

1.7 Nanotechnologie heute

„Obwohl die Nanotechnologie noch lange nicht das Niveau einzelner Atome erreicht hat, gibt es auch heute schon beachtliche technische Anwendungen. Allgemein werden mit »Nanotechnologie« alle Techniken bezeichnet, bei denen Strukturen zum Einsatz kommen, die kleiner oder dünner als 100 Nanometer sind. Eine Lackschicht oder eine Seifenblase mit einer Dicke von 0,1 Mikrometern könnten also bereits als Nanotechnologie bezeichnet werden, aber beides hat wenig mit wirklicher Nanotechnologie zu tun. Sehr feine Pulver gehören schon eher zur Nanotechnologie, insbesondere dann, wenn sie durch ihre Feinkörnigkeit neue Eigenschaften erhalten. Ein Beispiel sind Nanopartikel aus Titandioxid, die in vielen Sonnencremes enthalten sind. Sie absorbieren das schädliche UV-Licht sehr effektiv, sind aber so klein, dass sie sichtbares Licht nicht beeinflussen. Damit ist es möglich, Sonnencremes mit hohen Lichtschutzfaktoren zu produzieren, die auf der Haut praktisch unsichtbar sind. Ein anderes Beispiel sind fein aufgeraute Oberflächen, die wasser- und schmutzabweisend sind. Ähnlich wie Lotusblätter bleiben sie von selbst sauber. Im Augenblick boomt die Imprägnierung von Kleidungsstücken und vielen anderen Alltagsgegenständen mit Silbernanopartikeln, die antibakteriell wirken. Socken, die so geschützt sind, müssen sehr viel seltener gewechselt werden – so behauptet es die Werbung. Nanopartikel sind in vielen Produkten zu finden, von denen der Kunde nicht vermuten würde, dass dort Nanotechnologie eingesetzt wird. Einen Überblick über dieses expandierende Gebiet gibt Kap. 7. Allerdings handelt es sich dabei nach Meinung des Autors nicht um »wirkliche« Nanotechnologie, denn selbstreinigende Oberflächen und geruchsarme Socken sind noch weit von der Idee einer Nanomaschine entfernt.

Nur Computer sind heute bereits tatsächlich »Nano«. Die Bauelemente in Computerprozessoren werden mit einer Fertigungsgenauigkeit von weniger als 30 Nanometern produziert. Die Auswirkungen dieses Fortschritts sind allgegenwärtig: Handys, Digitalkameras, Navigationsgeräte, transportable und fast schon intelligente Computer und das World Wide Web verändern das Leben. Diese Entwicklung beruht auf nur einer einzigen Technik, der Lithographie, die es erlaubt, so feine Strukturen preiswert und in großen Mengen zu fertigen. Die Fertigung geschieht vollautomatisch, denn ein Mensch ist nicht in der Lage, so kleine Strukturen zu sehen, geschweige denn zu bauen. Er baut also eine Maschine, die ihrerseits Computerprozessoren baut. Je kleiner die Strukturen sind, umso mehr Schalteinheiten lassen sich auf einem Chip unterbringen und umso leistungsstärker und intelligenter wird der Computer. Solche Computer eröffnen neue Möglichkeiten – sowohl zum Guten als auch zum Schlechten. Bereits heute ist es möglich, das Schreckensszenario eines totalen Überwachungsstaates mit Millionen von Überwachungskameras und der Aufzeichnung jeder Aktivität eines Bürgers Wirklichkeit werden zu lassen. Was Computer sind und wohin sie sich in absehbarer Zeit entwickeln könnten, beschreibt Kap. 8. …“

„Das Wissen und Verstehen eines Problems sind oft schon die Lösung.“

Prof. Dr. Gerd Ganteför (*1956),
deutscher Physikprofessor an der Universität Konstanz.

Pressestimmen:

  • www.media-spider.com, 01/2014: „Der Autor schafft es, das Thema »Nanotechnologie«, das tief mit den Naturwissenschaften verwurzelt ist, dem Leser in einfacher und leicht lesbarer Art und Weise zu vermitteln.“
  • ekz Bibliotheksservice, 04.11.2013: „sehr schlüssig und klar.“

Eigene Meinung / Beurteilung des Buches:

Der Leser erfährt in dem Buch »Alles NANO oder was?«, dass das Leben auf Nanotechnologie basiert und eine Zelle eine Nanofabrik ist. Die Natur, die atomgenau fertigt, ist der menschlichen Technologie noch weit voraus, denn nur in der Computerfertigung werden die Grenzen der Nanotechnologie bisher erreicht.

Professor Dr. Gerd Ganteför stellt in seinem Buch die These auf, dass die Nanotechnologie die Gesellschaft in den nächsten 150 Jahren stark verändern wird, denn sowohl die Informationstechnologie als auch die Medizin wird von der Nanotechnologie stark geprägt werden. Die heute noch unbesiegten großen Volkskrankheiten, wie Krebs und Viruserkrankungen (u. a. HIV) basieren auf Prozessen der Nanoebene zu denen der Mensch bisher nur einen begrenzten Zugang hat. Viren sind Nanolebewesen, die in optischen Mikroskopen nicht sichtbar sind. Krebs, der aus eine Fehlfunktion der Körperzellen entsteht, geschieht ebenfalls auf der Nanoebene. In seinem Buch wagt Professor Ganteför die Behauptung, dass diese nanobasierenden Volkskrankheiten mit zunehmender Nutzung der Nanotechnologie in nicht allzu ferner Zukunft wahrscheinlich besiegt werden. Auch den Alterungsprozess der Menschen sieht er als manipulierbare Größe der Nanotechnologie, denn gelingt es, den Alterungsprozess, der tief in der Erbsubstanz kodiert ist, zu verstehen, wird es auch möglich werden ihn zu steuern. Die durchschnittliche Lebenserwartung – so die Vision von Professor Ganteför – könnte in Zukunft eine veränderbare Größe werden.

Fazit:

Der Autor vermittelt dem Leser mit einfachen Worten ein tiefes und umfangreiches Verständnis über das hochkomplexe und wissenschaftliche Sachgebiet der Nanotechnologie, wobei ein umfangreiches Quellen/Referenzen- und Sachverzeichnis das hervorragende Buch auszeichnet.

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Verlag: Wiley-VCH Verlag; 1. Auflage (11. September 2013).
Seitenanzahl: 220 Seiten.
Bindung: Gebundene Ausgabe.
ISBN-10: 3-527-32961-7.
ISBN-13: 9-783527-32961-8.
Preis: EUR 24,90.

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