DER MIKROKOSMOS: JE KLEINER ER IST, DESTO BESSER FUNKTIONIERT ER

Die Natur umgibt uns sowohl als Makrokosmos als auch als Mikrokosmos. Der Makrokosmos besteht aus Objekten, die im Verhältnis zum Menschen stehen und mit den Sinnen wahrnehmbar sind, wie Tiere, Pflanzen und verschiedene physische Körper. Der Mikrokosmos hingegen ist eine Ansammlung von extrem kleinen Objekten wie Molekülen, Atomen und Elementarteilchen. Diese beiden „Welten“ haben ihre eigenen Regeln, sind aber eng miteinander verbunden^[1]. In ihrem Streben nach Wissen hat die Menschheit auch das kleinste Teilchensystem, die Nanotechnologie, in den Griff bekommen. Nanotechnologie (vom altgriechischen „nanos“ – nano) bedeutet ein Milliardstel eines Teils (1 nm = 10-9 m), ein Schlüsselbegriff zu Beginn des 21. Jahrhunderts, ein Symbol für die wissenschaftliche und technologische Revolution und ein logischer Schritt in der Entwicklung aller Zweige der höheren Wissenschaft.

Bereits 400 v. Chr. verwendete der griechische Philosoph Demokrit erstmals den Begriff „Atom“ zur Beschreibung des kleinsten Teilchens der Materie^[2]. Mehr als 2000 Jahre später schlug Isaac Newton die Möglichkeit vor, Objekte auf atomarer Ebene zu untersuchen, wie er es in seinem 1704 veröffentlichten Werk „Opticks“ beschrieb. In diesem Buch äußerte Newton die Hoffnung, dass die Mikroskope der Zukunft eines Tages in der Lage sein würden, die „Geheimnisse der Korpuskeln“ zu erforschen^[3]. Albert Einstein war der erste Wissenschaftler, der Messungen im Nanometerbereich vornahm. Im Jahr 1905 schrieb er in seinen wissenschaftlichen Artikeln, dass die Größe eines Zuckermoleküls etwa 1 Nanometer beträgt^[4].

Ohne technische Instrumente kann die Nanotechnologie jedoch nicht entwickelt werden. So waren die Entwicklung des ersten Transmissionselektronenmikroskops im Jahr 1932 und des Rasterelektronenmikroskops im Jahr 1938 wichtige Schritte, um die technologische Grundlage für die Herstellung und Anwendung von Nanostrukturen und nanostrukturierten Materialien zu schaffen^[5]. Der nächste große Technologiesprung war die Entwicklung des Rastertunnelmikroskops (1981), das seinen Schöpfern den Nobelpreis für Physik einbrachte, und dessen Nachfolger (1986), der das Rasterkraftmikroskop entwickelte^[6].

1959 erwähnte der amerikanische Physiker und Nobelpreisträger Richard Phillips Feynman erstmals die Techniken, die später als Nanotechnologie bezeichnet werden sollten^[7]. Feynman zog die Möglichkeit in Betracht, Teile und Geräte im Nanomaßstab mittels „atomarer“ Montage Stück für Stück herzustellen. Der Wissenschaftler erklärt: „Im Moment sind wir gezwungen, die atomaren Strukturen zu verwenden, die uns die Natur bietet“. Er fügt hinzu: „Aber im Prinzip könnte ein Physiker jede Substanz nach einer bestimmten chemischen Formel synthetisieren^[8]. Er müsste nur über ein Instrument verfügen, das in der Lage ist, die „Teilchen“ ausreichend zu vergrößern und sie so aus dem Mikrokosmos in den Makrokosmos zu transportieren, in dem wir die Realität wahrnehmen.

Der Begriff „Nanotechnologie“ wurde erstmals von Norio Taniguchi auf der Internationalen Konferenz für Industrietechnik 1974 in Tokio geprägt. Er prägte den Begriff für die Herstellung von Produkten mit Abmessungen von wenigen Nanometern und verwendete ihn auch zur Beschreibung der Verarbeitung von Materialien mit nanometrischer Präzision^[9].

Auf diese Weise entstand ein neues Wissenschafts- und Technologiefeld: die Nanotechnologie. Es handelt sich um ein interdisziplinäres Gebiet der Grundlagen- und angewandten Wissenschaft und Technologie, das sich mit einer Kombination aus theoretischen Grundlagen, praktischen Forschungs-, Analyse- und Synthesemethoden sowie Methoden zur Herstellung und Anwendung von Materialien, Geräten und technischen Systemen befasst, deren Funktionsweise durch die Nanostruktur, d. h. ihre geordneten Fragmente mit einer Größe von 1 bis 100 Nanometern, bestimmt wird^[10]. Vereinfacht ausgedrückt geht es bei der Nanotechnologie um die Manipulation von Materialien und Geräten, die so klein sind, dass sie nur mit speziellen Instrumenten wahrgenommen werden können. So liegt die Größe der meisten Atome zwischen 0,1 und 0,2 nm, die Breite eines DNA-Moleküls beträgt etwa 2 nm. Im Vergleich dazu erscheint die typische Größe einer Blutzelle (ca. 7500 nm) oder die eines menschlichen Haares (80.000 nm) enorm^[11].

Sehr kleine Partikel erhalten im Nanomaßstab spezifische Eigenschaften, da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen mit abnehmender Größe zunimmt. Daher reagieren Nanopartikel viel leichter in chemischen Reaktionen und weisen ausgeprägtere quantenphysikalische Effekte auf. Quanteneffekte können die optischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften von Materialien auf unvorhersehbare Weise beeinflussen^[12].

Die Nanotechnologie ist unter uns

Der „Spinnprozess“ von Nanofasern^[13]

Viele von uns nutzen täglich Fortschritte in der Nanotechnologie, ohne sich dessen bewusst zu sein. Die moderne Elektronik ist bereits von „Mikro“ zu „Nano“ übergegangen, und die heute hergestellten Transistoren – die Grundlage aller Chips – liegen im Bereich von 90 nm und werden immer kleiner^[14]. Das Pflaster, das wir zum Abdecken kleiner Hautwunden verwenden, ist mit einer dünnen Schicht Nanosilber überzogen, die die Wundheilung beschleunigt. Hersteller von Zahnpasta verwenden zunehmend mineralische Nanopartikel aus Calciumhydroxylapatit, um Mikrorisse im Zahnschmelz zu füllen und die Zähne vor Karies zu schützen^[15].

Eines der bekanntesten und erfolgreichsten Nanotechnologieprojekte ist Nanospider. Dabei handelt es sich um eine elektrostatische Spinntechnologie, mit der Nanofasern hergestellt werden. Sie wurde Anfang der 2000er Jahre von Wissenschaftlern aus der Tschechischen Republik entwickelt und ermöglicht die Herstellung von Nanofasern aus verschiedenen Materialien wie Polymeren, Keramiken und Metallen. Das Verfahren zur Herstellung von Nanofasern mit der „Nanospider“-Technologie basiert auf elektrostatischer Kraft und ermöglicht das Spinnen einer dünnen Schicht einer Polymerlösung auf der Spinnelektrode. Mit anderen Worten: Unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes „haftet“ das Polymer in einer dünnen Schicht an dem Elektrodendraht und bildet so eine Nanofaser. Bei diesem Verfahren entstehen Nanofasern mit Durchmessern von einigen Nanometern bis zu mehreren Mikrometern.

Die mit Hilfe der Nanospider-Technologie hergestellten Nanofasern können in verschiedenen Bereichen wie der Medizin, der Elektronik, der Textilindustrie und anderen eingesetzt werden. Sie können beispielsweise zur Herstellung von Luft- und Wasserfiltern, biomedizinischen Materialien, Lithium-Ionen-Batterien und Textilien mit verbesserter Atmungsaktivität und wasserabweisenden Eigenschaften verwendet werden^[16]. Für die Solarenergie ist die Nanotechnologie sehr vielversprechend, da sie Solarzellen effizienter und kostengünstiger macht. Die Herstellung dünner Schichten aus Nanopartikeln ermöglicht die Herstellung flexiblerer und leichterer Solarpaneele, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können. Fotovoltaikzellen können auf jede beliebige Oberfläche aufgebracht werden, auch auf biegsame Materialien wie Kunststoff, so dass flexible und leichte Solarmodule hergestellt werden können, die auf einer Vielzahl von Oberflächen angebracht werden können. Das Material ist 100 Mal leichter als herkömmliche Solarzellen, kann aber 18 Mal mehr Energie erzeugen^[17].

Die Nano-Bedrohung

Szenario „Grauer Schleim“^[18]

Die Idee, die Natur zu imitieren, um komplexe Probleme zu lösen, wird in allen Bereichen der Wissenschaft und Technologie umgesetzt, und die Nanotechnologie bildet hier keine Ausnahme. Eines der wichtigsten Ziele der Nanotechnologie ist die Schaffung eines Nanoroboters, eines Assemblierers, der in der Lage ist, verschiedene vom Menschen definierte Objekte aus Atomen zu „bauen“, und die Schaffung eines Replikators, einer Struktur, die in der Lage ist, sich selbst aus denselben Atomen zu reproduzieren – mit anderen Worten, sich zu „vervielfältigen“ (zu replizieren). Die Natur verwendet Replikatoren überall, sowohl in der Zellmaschinerie als auch bei der Reproduktion lebender Organismen^[19].

Die Grundlage der Theorie der selbstreplizierenden Strukturen stammt von John von Neumann und wurde 1940 geschrieben. Auf der Grundlage seines Modells kann man sich einen Replikator als „Konstrukteur“ vorstellen; wenn ein dritter Replikator durch zwei andere Replikatoren erzeugt wird, ist der Replikationsprozess doppelt so schnell und die Zahl der Replikatoren steigt exponentiell an. Mit Hilfe der Replikatoren können sich also mehrere mikrometergroße Roboter in relativ kurzer Zeit in eine Orbitalstation verwandeln^[20]. Die Theorie der selbstreplizierenden Nanoroboter hat zu dem hypothetischen Szenario einer globalen Katastrophe geführt, bei der unkontrollierbare, selbstreplizierende Maschinen die gesamte Biomasse der Erde aufbrauchen. Der Begriff ist zu einem fruchtbaren Boden für Science-Fiction und die Boulevardpresse geworden^[21].

Kim Eric Drexler, ein Pionier der molekularen Nanotechnologie, prägte den Begriff erstmals 1985 in seinem Buch „Creation Machines“, in dem er Nanomaschinen beschreibt, die nur funktionieren können, wenn sie über spezielle Rohstoffe verfügen: „Der erste Replikator baut seine Kopie in tausend Sekunden zusammen; zwei Replikatoren bauen in den nächsten tausend Sekunden zwei weitere zusammen; vier bauen vier weitere zusammen und acht bauen acht weitere zusammen. Nach zehn Stunden sind es nicht mehr sechsunddreißig, sondern über 68 Milliarden. In weniger als einem Tag werden sie eine Tonne an Gewicht zugelegt haben, in weniger als zwei Tagen werden sie mehr wiegen als die Erde, in weiteren vier Stunden wird ihr Gewicht die Masse der Sonne und aller Planeten zusammen übersteigen – es sei denn, die verfügbare chemische Materie ist vorher erschöpft.“^[22]

Obwohl es Wissenschaftlern 2015 gelungen ist, ein selbstreplizierendes DNA-Molekül zu schaffen, das in der Lage ist, in einer speziellen Umgebung Kopien von sich selbst herzustellen^[23], befinden sich diese Technologien noch in einem frühen Stadium der Forschung und Entwicklung und haben einige Einschränkungen und Nachteile. So sind sie beispielsweise unter realen Bedingungen ineffizient oder instabil. Nach Ansicht vieler Wissenschaftler ist der Prozess der Selbstreplikation sehr schwierig zu realisieren, auch wenn er keinen physikalischen Gesetzen widerspricht, und die moderne Nanotechnologie ist noch weit von der Selbstreplikation entfernt. Und „unaufhaltsame“ selbstreplizierende Nanoroboter sind sogar noch schwieriger zu schaffen^[24]. Aber nicht unmöglich…

Auf welcher Seite steht die Nanochemie?

3D-Darstellung eines Nanoroboters, der auf eine bösartige Zelle zielt^[25]

Die Nanotechnologie betrifft praktisch alle Wissenschaftszweige, und die Chemie steht dabei an vorderster Front. Chemische Eigenschaften und Reaktivität ändern sich je nach Größe des Stoffes erheblich. Dies eröffnet neue Perspektiven, insbesondere für die Entwicklung neuer Medikamente und ihrer Trägersysteme^[26].

Dieser Bereich der Medizin verspricht neue Einblicke in die genetischen Codes, die für Diagnostik und Therapie von Interesse sein könnten; Nanoroboter, die im Inneren des Körpers arbeiten, könnten die Effizienz der medizinischen Behandlung verbessern; neue Methoden für die Verabreichung und Verteilung von Medikamenten; die Entwicklung robusterer, nicht abstoßbarer künstlicher Gewebe und Organe bei der Entwicklung von Prothesen und Implantaten; sensorbasierte Systeme könnten die Präventivmedizin auf ein neues Niveau heben^[27]. Darüber hinaus ist die Nanotechnologie besonders vielversprechend, wenn es um zuverlässigere Methoden der Krebsbehandlung in Bezug auf Wirksamkeit und Sicherheit geht.

Eine der gängigsten nanomedizinischen Techniken, die derzeit in der klinischen Onkologie eingesetzt wird, ist die nanoformulierte Chemotherapie: Protein- oder Lipid-Nanopartikel bringen Chemotherapeutika direkt zu den bösartigen Zellen. Diese Medikamente haben bessere pharmakologische Parameter und eine geringere Toxizität als die Standardchemie“. Auf diese Weise kann ein Gleichgewicht zwischen Wirksamkeit und Toxizität von Krebstherapien erreicht werden^[28].

Einer der Hauptvorteile von Nanomaterialien ist ihre Fähigkeit, leicht mit dem menschlichen Immunsystem zu interagieren. Nanopartikel können verschiedene Antigene oder eine Kombination von Antigenen tragen, was die Wirksamkeit der Behandlung deutlich erhöht^[29]. Trotz der vielversprechenden Möglichkeiten dieses Forschungsgebiets gibt es jedoch nur wenige Nanomedikamente, die die Nanotechnologie auf diese Weise erfolgreich einsetzen. Bei jeder neuen Anwendung besteht das Problem in der Schwierigkeit, das richtige Verhältnis oder die richtige Kombination von Nanopartikeln mit dem jeweiligen Arzneimittel zu bestimmen^[30]. Angesichts des großen Versprechens und des wachsenden Interesses an Arzneimitteln auf Nanopartikelbasis muss der Untersuchung ihrer Pharmakokinetik und Pharmakodynamik große Aufmerksamkeit gewidmet werden, um die Verabreichung des Arzneimittels an den Zielort zu optimieren und die Nebenwirkungen zu minimieren, da Nanopartikel auf eine kumulative Wirkung, eine lang anhaltende Wirkung mit minimaler Ausscheidung aus dem Körper abzielen^[31].

Im letzten Jahrzehnt hat die Bildgebung den Bereich der Diagnose revolutioniert, wobei Techniken wie MRT und Computertomographie beeindruckende Ergebnisse liefern. Die Nanotechnologie bietet Instrumente für die In-vitro- und In-vivo-Diagnostik (an künstlichen bzw. lebenden Zellen), die anderen modernen Geräten in Bezug auf Präzision und Empfindlichkeit weit überlegen sind^[32]. Die Nanotechnologie ist in der Lage, die Diagnostik auf eine völlig neue Ebene zu heben, indem sie zelluläre und möglicherweise subzelluläre Diagnostik auf breiter Basis verfügbar macht und es den Ärzten ermöglicht, Krankheiten so schnell wie möglich zu erkennen^[33].

Die sieben Schlüsselbereiche des Nanotechnologieprogramms des US-Verteidigungsministeriums^[34]

Nanofasern können von Wundauflagen bis hin zur Transplantationschirurgie eingesetzt werden. Wissenschaftler entwickeln intelligente Wundverbände, die Nanofasern enthalten, um Medikamente freizusetzen, die Blutgerinnung zu stimulieren und Entzündungen mit Hilfe von Nanosensoren zu erkennen^[35]. Und bei der Gewebezüchtung können Nanomaterialien verwendet werden, um Gewebe zu schaffen, das in Funktion und Struktur dem körpereigenen Gewebe ähnlich ist^[36]. Experten gehen davon aus, dass der Markt für Nanomedizin bereits im Jahr 2027 ein Volumen von 433,9 Milliarden Dollar erreichen wird. Die Entwicklungen finden in vielen Bereichen statt. Jede medizinische Innovation erfordert jedoch einen langen und teuren Weg von der Erfindung bis zur klinischen Prüfung.

Die Nanomedizin hat das Potenzial, bestehende Medikamente zu verbessern und neue zu erfinden. Allerdings müssen die Produkte der Nanomedizin noch weiter getestet und erforscht werden, um zu verstehen, wie sie mit anderen Biomolekülen im Körper interagieren und welche biologischen Auswirkungen diese Interaktion langfristig haben könnte^[37]. Außerdem kann die wahrscheinliche Wirksamkeit von Nanotherapeutika und Nanomedizin für die Pharmaindustrie unerwünscht sein. Und dann ist da noch die Frage nach der kriegerischen Nutzung dieser Technologien.

Dank der Fähigkeit der Nanotechnologie, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Partikeln zu verändern, ist eine Revolution in der Rüstung möglich. Dies ermöglicht hochfeste, leichte, korrosions- und hitzebeständige Strukturmaterialien mit einzigartigen mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften (Metalle, Legierungen, Keramiken, Polymere, Verbundwerkstoffe), die die Rüstung auf ein neues Niveau heben können. Da Panzer im Durchschnitt 14-15 kg wiegen, wird ein Nanoverbundwerkstoff (eine Kombination aus Graphen und Kohlenstoffnanoröhren) Panzer um 70 % leichter und viel stärker machen, die nicht nur vor Verletzungen schützen, sondern auch die Aufprallenergie ableiten können^[38]. Nanomaterialien aus Verbundwerkstoffen könnten die Entwicklung von Flugzeugen, Schiffen, Landfahrzeugen und Waffen ermöglichen, die leicht, unglaublich stabil und extrem billig sind^[39].

Unbemannte Drohnen sind heute alltäglich und werden sehr aktiv in Kampfeinsätzen eingesetzt. Mit der Anwendung der Nanotechnologie könnten die Fortschritte bei Drohnen eine ganz neue Ebene erreichen. Drohnen von der Größe eines Insekts, die über eine ganze Reihe von Überwachungs- und Aufklärungsfähigkeiten verfügen, könnten Aufklärungs- und Kriegsszenarien völlig verändern^[40]. Nanoskalige Sprengstoffe können zur Herstellung leistungsfähigerer und effektiverer Sprengstoffe verwendet werden, Nanosensoren können chemische, biologische oder radiologische Stoffe in der Umwelt aufspüren, was wiederum einen Vorteil bei der Entwicklung effektiverer militärischer Strategien bietet.

Kriegsschiffe, Satelliten, Energiegewinnung und -speicherung, Cybersicherheit, Unsichtbarkeit von Radar und Sonar: Die Nanotechnologie könnte jeden Aspekt der Verteidigung revolutionieren^[41]. Die Entwicklung der Nanotechnologie in der Verteidigungsindustrie ist jedoch mit erheblichen Risiken verbunden. Aufgrund der hohen Reaktivität von Nanopartikeln sind die Folgen ihrer Interaktion mit biologischen Systemen – von den Auswirkungen auf den menschlichen Körper durch Inhalation oder dermale Absorption bis hin zu den Auswirkungen auf die Umwelt – sehr schwer vorherzusagen. Im Zusammenhang mit Rüstungsgütern haben wir es nicht mit harmlosen, nicht schädlichen Substanzen zu tun^[42].

Militärflugzeuge von der Größe eines Insekts sind dabei, die Kriegsindustrie zu revolutionieren[43]

Im Gegenteil, der Einsatz der Nanotechnologie in der Sicherheitsbranche könnte eine sehr positive Rolle spielen, wie z. B. der Einsatz von Nanosensoren zum Aufspüren von Drogen oder Sprengstoffen an Flughäfen oder von Nanomaterialien zur Herstellung effektiverer und haltbarerer Ausrüstung für Polizeikräfte. Betrachtet man das Thema jedoch im Zusammenhang mit dem Einsatz der Nanotechnologie in modernen Waffen, wird das ethische Problem akut: Es besteht die große Gefahr, dass der Einsatz nanotechnologischer Fortschritte bei der Waffenentwicklung auf bestimmte ethnische oder genetische Gruppen abzielt und damit effektiv zur Ausrottung eines Teils der Bevölkerung führt^[44]. Im Kontext der modernen Technologie kann das Wettrüsten einen völlig anderen Aspekt annehmen: Gefährlich ist nicht das immer Größere, sondern das immer „Nano“.

Nano-OGM?

Überblick über die für die Pflanzenbiotechnologie und Gentechnik entwickelten Nanomaterialien^[45]

Die Landwirtschaft liefert Nahrungsmittel für eine wachsende Bevölkerung und Rohstoffe für die Lebensmittelindustrie. Um diese Aufgabe zu bewältigen – unter Berücksichtigung unterschiedlicher klimatischer Bedingungen, unterschiedlicher Bodenfruchtbarkeit, Schädlinge und Pflanzenkrankheiten sowie um mit weniger mehr zu produzieren – setzt die Landwirtschaft seit langem genetisch veränderte Organismen (GVO), Düngemittel, Pestizide usw. ein. Das rasche Bevölkerungswachstum stellt eine Herausforderung für die Ernährungssicherheit dar und erfordert effiziente Methoden zur Verbesserung der Pflanzen. In den letzten Jahren ist die Nanotechnologie in den Mittelpunkt des Interesses gerückt, da sie in verschiedenen Phasen der Landwirtschaft eingesetzt werden kann, von der Aussaat über das Pflanzenwachstum bis hin zur Lagerung und zum Transport von Agrarprodukten^[46].

Nanodünger, Nanoherbizide (Chemikalien zur Abtötung von Pflanzen), Nanofungizide (Chemikalien zur Bekämpfung von Pilzkrankheiten bei Pflanzen), Nanobiosensoren, genetische Vektoren in Nanogröße und Nanoverbundstoffe für Verpackungen sind neue Anwendungen der Nanotechnologie in der Pflanzenverbesserung. Sie ermöglichen eine bessere Verteilung der Nährstoffe auf die Zielfläche der Pflanze, und die einzigartigen Eigenschaften von Nanopartikeln können die Wirkung von Pestiziden und Düngemitteln verlängern und so die Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen erheblich verbessern. Mit Hilfe von Biosensoren können Hightech-Farmen geschaffen werden, die die Landwirtschaft auf ein neues technologisches Niveau heben^[47].

Bei den herkömmlichen Methoden der Pflanzengentechnik wird die DNA hauptsächlich in den Zellkern transportiert, wo sie in das Genom integriert wird, was zur Migration von Genen aus transgenen Pflanzen und zu erhöhter Pflanzenresistenz führt. Mit der jüngsten Entwicklung der Nanotechnologie hat die Verwendung von Nanopartikeln für den Gentransfer an Bedeutung gewonnen. Die Methode der Übertragung variiert von einem Nanopartikel zum anderen, da jeder unterschiedliche Eigenschaften aufweist, wie z. B. die Magnetofektion (Transformation auf der Grundlage magnetischer Nanopartikel, d. h. die Übertragung von Genen in den Zellkern durch Anlegen eines Magnetfeldes^[48]), die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren die pflanzliche Zellmembranen durchdringen können und viele Vorteile in der Pflanzengentechnik bieten^[49], die Verwendung von DNA-Nanostrukturen, die ohne äußere Hilfe in Pflanzenzellen eindringen können^[50], oder zum Beispiel die Verwendung von Peptid-Nanomaterialien, die die chemische Zusammensetzung geschädigter Pflanzen wiederherstellen^[51].

Nanoprodukte und Nanomaterialien tragen dazu bei, nachhaltige landwirtschaftliche Verfahren zu schaffen und den Einsatz von Chemikalien durch eine präzisere Anwendung erheblich zu verringern. Die Nanotechnologie hält auch Einzug in die Gentechnik: Die durch Nanopartikel vermittelte Gentransformation entwickelt sich rasch weiter und ermöglicht es den Forschern, die Zellwandbarriere zu durchbrechen und die Zellmembran der Pflanzen zu durchdringen. Allerdings müssen noch viele Herausforderungen bewältigt werden. Das Hauptproblem bei der Genveränderung mit Hilfe von Nanobauteilen ist das Fehlen einer stabilen genetischen Transformation und die Unfähigkeit, transgene Pflanzen zu erzeugen, d. h. Pflanzen, in denen ein künstlich von einer anderen Art übertragenes Gen erfolgreich funktioniert und sich reproduziert^[52].

Darüber hinaus besteht ein großer Mangel an Wissen über die langfristigen Auswirkungen von Nanomaterialien auf Pflanzen, die negativen Auswirkungen von Nanopartikeln, die sich in der Umwelt anreichern und Ökotoxizität verursachen können, und vor allem die Auswirkungen auf den Menschen, wenn mit Nanotechnologie angebaute oder veränderte Produkte konsumiert werden.

Nanotechnologie und Supermächte

Illustration der Konturen einer futuristischen intelligenten Kleidung aus mit Nanomaterialien behandelten Fasern für multifunktionale Geräte am Körper^[53]

Das Institute for Soldier Nanotechnology (ISN)^[54] hat in Zusammenarbeit mit der US-Armee und dem Massachusetts Institute of Technology ein Projekt zur Entwicklung eines Kampfanzugs für Soldaten durchgeführt, der mit Nanosensoren zur Erkennung biologischer und chemischer Stoffe, zur Überwachung des Körperzustands, mit energieabsorbierendem Material, zum Schutz vor Explosionen und Kugeln sowie mit einer ultraleichten, flexiblen Panzerung ausgestattet ist^[55].

Dank der Anwendung der Nanotechnologie in der Textilindustrie versprechen intelligente Textilien einen Durchbruch in Bezug auf Gesundheit und Sicherheit. Neben der Tatsache, dass Textilien bereits antimikrobielle, wasserabweisende, fett- und schmutzabweisende sowie antistatische Eigenschaften haben können, wird es durch den Einsatz von leitfähigen Nanopolymeren möglich, Textilien mit elektrischer Leitfähigkeit auszustatten. Die Vorstellung, dass Textilien in der Lage sind, die Sonnen-, Wärme- und biochemische Energie des menschlichen Körpers zu speichern, wird immer mehr zur Realität^[56]. Wenn ein Mensch zum Beispiel an einem heißen Sonnentag läuft, nutzt er biomechanische Energie, Sonnenenergie, Körperwärme und auch die biochemische Energie des Schweißes. Daher wird ein Hybridgenerator benötigt, der diese Energieformen gleichzeitig effektiv nutzt. Diese Integration in Textilien wird als vielversprechende Forschungsperspektive für die Entwicklung einer nachhaltigen Energiequelle für tragbare Elektronik angesehen^[57]. Es wird sein wie bei einem Comic-Superhelden.

Die adaptive Tarnung wird dank der Entwicklung von Nanomaterialien, die bei Einwirkung von äußeren Reizen wie Licht (Photochromie), Wärme (Thermochromie), elektrischen Feldern (Elektrochromie) oder magnetischen Feldern (Magnetochromie) ihre Farbe ändern, zur Realität^[58]. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie sind enorm und reichen von der Herstellung leichter und widerstandsfähiger Panzerungen über die Überwachung von Vitalfunktionen bis hin zur Entwicklung medizinischer Lösungen für die schnelle Behandlung von Wunden auf dem Schlachtfeld. Auch wenn noch nicht klar ist, wie diese Technologie funktionieren wird, besteht die Aussicht, eine spezielle, schützende und wirksame Kleidung zu schaffen, die jedoch auch von normalen Menschen getragen werden kann^[59].

Der Übergang von „Mikro“ zu „Nano“ ist nicht mehr ein quantitativer, sondern ein qualitativer Übergang, ein Sprung von der Manipulation der Materie zur Manipulation einzelner Atome. Obwohl die aktive Forschung zur Anwendung der Nanotechnologie erst seit etwas mehr als zwei Jahrzehnten betrieben wird, ist die Entwicklung auf diesem Gebiet seither beeindruckend. Das einzigartige Verhalten von Nanopartikeln hat dazu geführt, dass sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Heute hat buchstäblich jede Wissenschaft einen eigenen Bereich mit der Vorsilbe „Nano“: Nanochemie, Nanomedizin, Nanoökologie, Nanosicherheit, Nanotechnik, Nanobiologie und so weiter.

Es besteht kein Zweifel daran, dass die Entwicklung der Nanotechnologie unsere Welt bereits verändert und in Zukunft noch größere Auswirkungen haben wird, da dieses interdisziplinäre Gebiet eine Art Brücke zwischen physikalischen, digitalen und biologischen Systemen darstellt. Die Nutzung der Nanoskala ermöglicht es diesen Systemen, miteinander zu interagieren und Verbindungen zu schaffen.

Wie jede neue Technologie wirft sie viele kontroverse Fragen auf, z. B. Bedenken hinsichtlich der Toxizität und der Auswirkungen von Nanomaterialien auf die Umwelt und den menschlichen Körper, die potenziellen Auswirkungen auf die Weltwirtschaft, Sicherheitsfragen, die Kontrolle und Qualität der Produktionsumsetzung, eine verantwortungsvolle und sichere Entwicklung in jedem Sektor, soziale und ethische Fragen, die von Arbeitsplatzverlusten bis hin zu Fragen nach der Möglichkeit eines „ewigen“ Lebens reichen, sowie Spekulationen über verschiedene Weltuntergangsszenarien^[60].

Die Nanotechnologie wird wahrscheinlich alle Bereiche unseres Lebens auf ein qualitativ neues Niveau heben, und derzeit sind wir noch nicht in der Lage, die meisten der Möglichkeiten dieser Technologie zu verstehen. Wir sind auch nicht in der Lage, die Risiken und Folgen ihres großflächigen Eindringens in unser Leben abzuschätzen. In einem Punkt sind wir uns jedoch sicher. Es gibt keinen Weg zurück, die Menschheit beschleunigt sich weiter.

^[1] https://ashgabat.in/2021/09/20/istoriya-razvitiya-nanotehnologii/

^[2] https://www.timetoast.com/timelines/32beef89-1a4c-4333-bbe4-d8312f6370ff

^[3] https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1054838

^[4] https://ashgabat.in/2021/09/20/istoriya-razvitiya-nanotehnologii/

^[5] http://innosfera.by/node/340

^[6] http://innosfera.by/node/340

^[7] https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1054838

^[8] http://innosfera.by/node/340

^[9] https://www.timetoast.com/timelines/02b4ede2-7055-43dc-9d54-0f7f6c646121

^[10] https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1054838

^[11] https://newizv.ru/news/2008-01-29/chto-takoe-nanotehnologii-prosto-o-slozhnom-81165

^[12] https://newizv.ru/news/2008-01-29/chto-takoe-nanotehnologii-prosto-o-slozhnom-81165