TECHNOTRENDS: Die Hoffnungsträger

Der Innovationspreis der deutschen Wirtschaft, den die Wirtschaftswoche und der Wirtschaftsclub Rhein-Main gemeinsam vergeben, geht in diesem Jahr an BMW, Schollglas und das Startup-Unternehmen Nawotec. Das als Ausgründung der Deutschen Telekom 1999 gestartete Unternehmen erhält den Preis für ein Gerät zur Reparatur von Lithographie-Masken für die Herstellung von Halbleiter-Chips. Mit dem Gerät, das aus einer Kombination von Raster-Elektronenmikroskop und einem aufwändigen Gaszuführungssystem besteht, will Nawotec "den Weltmarkt erobern". Anzeige


Der Elektronenstrahl des Mikroskops, das der Nawotec-Partner LEO Elektronenmikroskopie (Carl Zeiss Gruppe) beisteuert, hat zwei Funktionen: Er macht die Strukturen sichtbar und er gibt an das Gas, das aus der Düse strömt, Energie ab, so dass es sich auf der Maskenunterlage verfestigt, um fehlende Strukturen zu ergänzen. Eine andere Gassorte wirkt in Verbindung mit dem Elektronenstrahl wie ein feiner Radiergummi, der fehlerhafte Strukturen entfernt.

Wissenschaftsministerin Edelgard Bulmahn überreicht die Preise, die in drei Kategorien vergeben werden, an diesem Samstag bei einer Gala in der Alten Oper in Frankfurt/Main. (wst/c't)

www.heise.de/newsticker/data/wst-21.01.04-003/

Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, die Herstellung von Nanofasern unter einem Elektronenmikroskop direkt zu beobachten

In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals  Nature berichten Stig Helveg et al. von der Technologie-Firma  Haldor Topsoe sowie Frank-Abild Pedersen und Jens K. Norskov von der  Technischen Universität Dänemarks darüber, wie Nanofasern entstehen. Es ist ihnen gelungen, zum ersten Mal in Echtzeit Bilder von diesem Vorgang zu schießen. Ergänzend zu ihrem Artikel veröffentlichen sie online auf der Nature-Website auch zwei  Videofilme.

Nanofasern. Bild: Haldor Topsøe A/S.

Nanofasern und Nanoröhrchen aus Kohlenstoff sind grundlegende Bausteine der Nanotechnologie (vgl.  Der exotische Beat der Nanoröhrchen). Deswegen wird weltweit versucht, sie so präzise wie möglich mit vorher fest gelegten Strukturen herzustellen. Bislang war das aber schwierig, was auch daran lag, dass der Vorgang ihrer Entstehung nicht genau beobachtet werden konnte und deswegen rätselhaft blieb. Die extrem feinen Gebilde können aber jetzt durch neue, hochauflösende Elektronenmikroskope betrachtet werden, während sie sich formen.

Die Gruppe um Stig Helveg verwendete ein Transmissionselektronenmikroskop (  TEM, mit dem Proben in der Größe von 0,14 Nanometer untersucht werden können. Zum Vergleich: ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 10 000 bis 100 000 Nanometern.

Eine Methode des "Spinnens" der Nanofasern ist mit Kohlenstoff angereicherten Methan-Dampf bei einer Temperatur von 500 Grad Celsius mit Nanopartikeln aus Nickel als Katalysator reagieren zu lassen. Die Nickel-Teilchen haben gerade mal einen Durchmesser von maximal 20 Nanometern, hundert davon würden in eine einzige menschliche Blutzelle passen.

Zur Verblüffung der Forscher zeigte das Elektronenmikroskop, dass sich diese Nickel-Nanokristalle während des Vorgangs immer wieder streckten und zusammenzogen, sie verformten sich, als wären sie aus Gummi, während sich die Kohlenstoffatome in Lagen um sie herum ablagerten und zu Fasern formten. Wenn die Nickel-Nanopartikel komplett von Kohlenstoff umgeben waren, hörte das Wachstum von selbst auf, weil die Oberfläche des Katalysators nicht mehr mit dem Dampf interagieren konnte. Am besten als Katalysatorteilchen eignen sich kleine Nanokristalle, weil sie dehnbarer als größere sind. Je nachdem bilden sich verschiedene Fasern, die dann auch verschiedene Eigenschaften besitzen.

Pulickel Ajayan vom  Rensselaer Polytechnic Institute kommentiert in seinem begleitenden News&Views-Artikel: "...Der Mechanismus, den Helveg und Kollegen vorschlagen, mag nur in spezifischen Fällen relevant sein... Aber diese Studie hat einige experimentelle Haupthindernisse überwunden und die ersten direkten Einblicke in das Wachstum von Nanofasern ermöglicht - das sollte zu einer besseren Kontrolle der Faser-Synthese in der Nanotechnologie führen."

Einsatzgebiete der winzigen Fädchen sollen die Sensorik, die Optik, die Elektronik oder der Textilbereich, aber auch Werkstoffe für Autos oder Flugzeuge sein. Denkbar sind zudem Materialien wie feinste Klettverschlüsse: Kontakthärchen, die es, zukünftig als Schuhsohlen verarbeitet, vielleicht sogar Menschen ermöglichen werden, wie Geckos die Wände hoch zu laufen (vgl.  Nanosohlen halten Schwergewichte an der Decke).

Außerdem spielen Nanofasern heute bereits eine Rolle in der Medizin. Mit ihrer Hilfe soll es künftig auch möglich sein, Knochenbrüche zu "kleben" bzw. Knochen wieder aufzubauen. Besonders gut verträgliche Wundverbände sind ein weiterer Anwendungsbereich oder  Nervenzellen, die mithilfe von Nanofasern wieder wachsen.

Gezielt gewünschte Formen und Strukturen von Nanofasern herzustellen, ist für die Industrie kommerziell höchst interessant. Bei dem aktuellen Forschungsergebnis handelt sich um das Resultat einer Kooperation zwischen einer Universität und einer Firma. Die Autoren geben am Ende ihres Papers auch entsprechend an, finanzielle Interessen seien vorhanden.

International ist der zu erwartende Markt für Nanotechnologie sehr lukrativ. Spekulanten investieren bereits kräftig in die viel versprechende Branche. Die Förderung durch die öffentliche Hand ist massiv, international insgesamt 2,5 Milliarden Euro, davon in den USA 700 Millionen und in Japan 720 Millionen.

Auch die deutsche Regierung hält die Nanotechnologie für eine der wichtigsten Zukunftstechnologien und fördert sie kräftig mit rund 250 Millionen Euro in diesem Jahr. 2004 ist das  Jahr der Technik in der Bundesrepublik und das Bundesministerium für Bildung und Forschung schickt seinen  NanoTruck auf die Reise durch Deutschland, damit jedermann die Technologie der Zwergenwelt selbst erleben kann: "Der NanoTruck wird Ihnen in einer mobilen Erlebniswelt die komplexe und faszinierende Welt der Nanotechnologie präsentieren."

Teil I: Visionen und Horrorszenarien

Die potenziellen Risiken der Nanotechnologie rücken immer mehr in den Fokus öffentlicher Aufmerksamkeit. Es hat sich gezeigt, dass eigentlich harmlose Stoffe in Form winziger Partikel plötzlich giftig werden. Die Zukunftstechnologie, die vieles revolutionieren soll, steht im Kreuzfeuer der Kritik.

Größenvergleich - vom Meter zum Picometer, Bild: The National Science Foundation

Die kritischen Stimmen gegen den Nanotechnologie-Hype ertönen schon seit Jahren und sie finden zunehmend Gehör in der Öffentlichkeit. 2000 erregte Bill Joy, Mitbegründer der Computerfirma Sun Microsystems, viel Aufmerksamkeit, als er im Magazin Wired auf das "Gray Goo"-Szenario  hinwies: Die Horrorvision von sich selbst replizierenden Nanorobotern, die eine breite Spur der Verwüstung in Form grauer Schmiere hinterlassen, nachdem sie alles Lebende in Nanosubstanzen umgewandelt haben (  Angst vor der Zukunft).

Die Idee stammt ursprünglich vom Nanoforscher K. Eric Drexler, dem Mitbegründer des Foresight Institutes in Palo Alto, der sich kürzlich einen heftigen öffentlichen Schlagabtausch mit dem Nobelpreisträger Richard E. Smalley darüber lieferte, ob solche Nano-Assembler - also Maschinen, die etwas produzieren und sich auch selbst zusammensetzen können - überhaupt mit den Grundlagen der Naturwissenschaft vereinbar seien (  Riesenstreit im Zwergenland). Smalley geht davon aus, dass hier eine reine Gespensterdebatte geführt wird, weil es solche Nanoroboter niemals geben wird, für ihn ist das reine Science Fiction. Deshalb fordert er: "... das Licht anzuschalten und unseren Kindern zu zeigen, dass unsere Zukunft in der realen Welt eine Herausforderung mit echten Risiken bedeutet, während es keine solchen Monster wie sich selbst replizierende mechanische Nanobots aus der Traumwelt geben wird."

Auch der Thriller "Beute" von Michael Crichton thematisiert die Gefahr winziger Nanoroboter. Vom Militär als mechanische Mini-Spione entwickelt, entkommen sie einem Labor in der Wüste, schließen sich zu Schwärmen zusammen und greifen Menschen an (  Die Angst des Lesers vor der Nanotechnologie). Natürlich haben sich auch andere Schriftsteller mit Visionen dieser Schlüsseltechnologie beschäftigt, aber seit 2003 kommen verstärkt warnende Stimmen aus der Wissenschaftswelt dazu.

Die Industrie fürchtet eine Public-Relations-Katastrophe

Die "Action Group on Erosion, Technology and Concentration (  ETC-Group) legte einen Bericht vor, in dem sie die Forschungsergebnisse der letzten Jahre dokumentierten und darauf hinwiesen, dass die Konsequenzen des Nano-Booms nie systematisch durchleuchtet wurden. Nachweislich kann der menschliche Organismus die winzigen Teilchen durch Einatmen, über den Verdauungstrakt und durch die Haut aufnehmen. Nano-Partikel haben in vieler Hinsicht andere Eigenschaften als ihre "großen Brüder" aus dem selben Material; sie sind oft sehr giftig, obwohl ihr Ausgangsstoff völlig harmlos ist (  Je kleiner, desto giftiger). Aktuelle Studien bestätigen die Schädlichkeit von Nanoröhrchen im Organismus (vgl. Teil II: Gefährliche Winzlinge).

Die ETC-Group, die sich früher schon eine Namen im Kampf gegen die Gentechnik und den Konzern Monsanto (  Genetische Information soll nicht patentierbar sein) gemacht hat, fordert ein weltweites Nano-Moratorium. Auch Prominente meldeten sich 2003 warnend zu Wort, darunter Prinz Charles (  Wie Chemie - heißt nur anders).

Für Nano-Wissenschaftler ist die Debatte durchaus real bedrohlich: schnell könnte die Furcht vor den Risiken zu Beschränkungen ihrer Forschung und zur Reduzierung von Fördermitteln führen. Alle haben die Gen- und Biotechnik als warnendes Beispiel vor Augen, sie befürchten ähnliche Image-Problemen, hemmende Sicherheitsauflagen und gesetzliche Grenzziehungen. "Wir können es nicht riskieren, die gleichen Fehler zu machen, die bei der Einführung der Biotechnologie gemacht wurden,"  warnte Rita Colwell von der  National Science Foundation kürzlich.

Auch die Industrie fürchtet eine Public-Relations-Katastrophe, die sehr viel Geld kosten würde. Nanopartikel sind längst in Produkten auf dem Markt enthalten. Die Kleinstteilchen verbessern die Eigenschaft von Oberflächen, so dass Schmutz und Wasser abperlt; sie finden sich in Tinte, Sonnenkrem und Kosmetika ebenso wie in Tennisschlägern, Computern oder Reinigungsmitteln. Selbst Wundverbände bekommen durch Nanotechnologie jetzt schon verbesserte Eigenschaften.

Viele Perspektiven und die Hoffnung auf einen großen Markt

Allein vergangenes Jahr wurden in den USA in Laboratorien und Fabriken schon hunderte Tonnen Nanomaterialien hergestellt. Und das ist erst der Anfang. Die Kommunikations- und Informationstechnik soll durch sie revolutioniert werden, ebenso die Optik und Sensorik; neue Werkstoffe ermöglichen leichtere Flugzeuge und Autos. Die Medizin träumt von winzigen Molekularmaschinen, die im Körper selbst Diagnosen erstellen und anschließend operieren, z.B. Arterien von Ablagerungen befreien, Knochen oder Nervengewebe wiederaufbauen, Krebszellen von innen heraus zerstören. Und die Arzneimittelhersteller stellen sich Medikamente vor, die gezielt an den gewünschten Ort im Organismus eilen und dort dann nur die passende Menge eines Wirkstoffs freisetzen. Das Militär forscht intensiv: Eine Vision ist der komfortable Kampfanzug, der die Körperfunktionen überwacht und sich im gewünschten Moment als stahlharte Rüstung bewährt (  Nanotechnologie für das Militär). Panzer sollen Selbstheilungskräfte entwickeln und auf dem Schlachtfeld die Farbe wechseln (  Chamäleon-Panzer).

Große Perspektiven und ein zu erwartender Markt mit vielen hunderten Millionen Dollar Umsatz. Spekulanten haben die Nanotechnologie entdeckt; die Aktien vieler Firmen, die in diesem Bereich tätig sind, haben ihren Wert in der letzten Zeit vervielfachen können, obwohl von großen Umsätzen, geschweige denn Gewinnen keine Rede sein kann. Die öffentliche Hand fördert großzügig. In Deutschland gibt es in diesem  Jahr der Technik rund 250 Millionen Euro, in den USA hat der Präsident im Dezember einen neuen  Förderungsplan unterschrieben und die Unterstützung auf 849 Millionen Dollar jährlich angehoben.

Die Nanotechnologie kann beim Stand der Dinge einem kritischen Dialog und besseren Risikostudien dennoch nicht ausweichen, dafür ist bereits zu viel an bedrohlichen Szenarien in die Öffentlichkeit gelangt. Das öffentliche Bewusstsein ist heute kritisch und verlangt nach den vielen Skandalen der Vergangenheit eine konstante Technikfolgenabschätzung. Bislang ist das Wissen über die Konsequenzen dieser Schlüsseltechnologie aber noch sehr gering (vgl.  TAB-Studie Nanotechnologie). Auf der Konferenz  Nanotex 2004, die vergangenen Monat im englischen Warrington stattfand, wurde lebhaft darüber diskutiert, dass die biologische Abbaubarkeit von Nanopartikeln sichert gestellt werden muss. Besondere Sorgen macht den Forschern dabei Ruß und Gold, die lange nicht abgebaut werden. Die Umweltauswirkungen der Nanotechnologie sollten künftig umfassend erforscht werden, darüber waren sich die Experten einig.

Wie einst die Raumfahrt die Teflon-Pfanne gebar, profitieren heute immer mehr Industrien von der Kunst, mit Materialien umzugehen, die nicht größer sind als ein Hunderttausendstel eines Haares: Computer, Medizin, Energie, Haushalt, Medien, sogar die Modebranche, die ihre Stoffe nano-verfeinert. Mit der Zugabe von Nano-Teilchen sollen etwa T-Shirts keinen Schweiß mehr annehmen.

"Auf dem Radarschirm des Mainstreams"

Es dauerte nicht lange, bis auch erste Börsenkenner auf den Zug aufsprangen. Nanogen, Nanophase, Nanometrics: "Nano" im Namen zu tragen gilt inzwischen als neuester Insider-Fahrschein zum Erfolg an der Wall Street - ähnlich wie früher "Silicon". "Wir glauben, dass die Nanotechnologie die nächste große Wachstums-Innovation sein wird", sagt John Roy, ein Analyst bei Merrill Lynch.

Allein in 2003 flossen über 400 Millionen Dollar in Nano-Startups. Die ersten großen Nano-IPOs werden nächstes Jahr erwartet. Bis 2015, so schätzt Credit Suisse First Boston, dürfte der Nano-Markt einen Wert von einer Billion Dollar erreichen. "Jeder will Nano", schreibt der "Boston Globe", in dessen Heimatstadt sich dieser Tage 2000 Experten zur bisher größten Nanotechnologie-Konferenz versammelten.

Seit zwei Wochen bietet das Fondshaus First Trust Portfolios einen Nanotech-Investmentfonds namens NATE1 an - auf dass alle Anleger "die Chance haben, an der potenziellen Wertentwicklung dieser aufkeimenden Technologie zu profitieren". Für den Investment-Newsletter "Motley Fool" ist dies ein klares Zeichen, "dass Nano langsam auf den Radarschirm des Mainstreams kommt".

Die 25 Firmen dieses ersten Nanotech-Portfeuilles sind kleine Startups, aber auch Industriekonzerne mit eigenen Nano-Abteilungen wie General Electric, ExxonMobil, Hewlett-Packard, Motorola und IBM. Sie alle stellen die Keimzelle des erhofften neuen Börsenbooms dar.

Howard Birndorf in San Diego zum Beispiel gründete Nanogen bereits 1993. Sein erster Großkunde war das Pentagon, das ihm mehr als zehn Millionen Dollar zur Entwicklung tragbarer Testsysteme für biologische Waffen zur Verfügung stellte. Heute dient der von Birndorf und seinen Kollegen entwickelte Nano-Chip der Verbesserung und Verkleinerung medizinischer Diagnosegeräte. Große Maschinen, die sich einst nur Krankenhäuser leisten konnten, wurden durch den Einbau von wesentlich kleineren Computern so umgebaut, dass sie demnächst auch in Arztpraxen stehen können. Dazu zählt etwa ein Gerät zur Diagnose vererbbarer Taubheit bei Neugeborenen.

Ein weiterer boomender Nano-Wert ist SkyePharma. Das Unternehmen mit Hauptsitz in London nutzt die Technologie, um Medikamente zu verbessern. So zeigte sich eine von SkyePharma optimierte Version des Anti-Depressivums Paxil effektiver als die Originalrezeptur. Mit Hilfe von eingebauten Chips lässt sich das Mittel jetzt genau dosieren und gezielt am Wirkort freisetzen. Seit März 2003 stieg der SkyePharma-Kurs an der Techbörse Nasdaq um 72 Prozent, von 6,76 auf 11,60 Dollar.

Unternehmen ähneln denen des Dotcom-Booms

Das relativ junge Nano-Unternehmen Triton BioSystems, das noch nicht an der Börse gelistet ist, begann ursprünglich als Forschungslabor der US-Armee. Für sie erfand Triton neue Schweißtechniken zur Reparatur von Panzerfahrzeugen und Untergrund-Tanks. Jetzt soll die selbe Technologie, dank 18 Millionen Dollar Venture-Kapitals, in der Medizin zum Einsatz kommen.

Nano-Business

Nanotech-Unternehmen stellen winzig kleine Maschinen und Computer her, deren Größe sich im Nano-Bereich bewegt. Das besondere an Nano-System ist, dass sie Eigenschaften wie biologische Systeme besitzen sollen: Wie Zellen sollen sie sich selbst organisieren, vermehren und an ihre Umgebung anpassen. Anwendungsbereiche der Nanotechnologie sind vor allem die Computerindustrie, Umwelttechnik, Landwirtschaft, Biotechnologie und Medizin.

Ein Ergebnis der Nanotechnologie ist zum Beispiel Autolack, der durch eine Schicht, die nur wenige Atome dünn ist, nicht zerkratzt werden kann. Weitere Errungenschaften sind Küchenoberflächen, auf denen kein Schmutz haftet, Druckertinte, die durch Lichteinstrahlung ihre Farbe verändert oder Glasfenster, deren Lichtdurchlässigkeit elektrisch zu regeln ist. Die Industrie träumt für die Zukunft von Supercomputern, die unter einem Mikroskop kaum noch zu erkennen sind. Sie könnten etwa durch den Körper sausen, um Viren und Bakterien zu vernichten.

So richtig Geld verdienen diese Firmen allerdings (noch) nicht - ähnlich ihren Vorgängern des letzten Dotcom-Booms. Nanogen fuhr im vorigen Jahr, bei gerade mal 6,7 Millionen Dollar Umsatz, dank seiner hohen Produktions- und Patentkosten satte 30,6 Millionen Dollar Verlust ein. Auch das britische SkyePharma erwartet für 2003 - die Jahresbilanz kommt Ende März heraus - mehrstellige Millionenverluste. Die Investoren stört das wenig.

Spätestens in ein paar Jahren, glaubt Merrill-Lynch-Analyst Roy, werde die Nano-Branche Gewinne machen. Andere Experten warnen dagegen vor einem ähnlichen Blasen-Effekt wie bei der Internet-Manie. Noch gebe es in der Sparte enorme "Schwankungen einzelner Firmenwerte", weiß Josh Wolfe, der Herausgeber des Branchenbriefs "Nanotech Report". Dies liege vor allem an der Abhängigkeit der Technologie von Patent- und Urheberrechten, die immer komplizierter und teurer würden. Auch liefen Investoren Gefahr, übers Ohr gehauen zu werden, indem Firmen einfach das Lockwort "Nano" im Namen trügen, ohne sich ernsthaft in der Nano-Forschung zu engagieren.

www.spiegel.de/wirtschaft/0,1518,292418,00.html

Ich würde hier gerne über Fonds einsteigen. Habe allerdings noch keinen gefunden, der in Deutschland (am Besten über Consors) vertrieben wird. Wer kennt sich aus und kann mir raten?


Danke, Gruß piwi

n- oder p-dotierte Nanoröhrchen werden bei Raumtemperatur ferromagnetisch

Nanoröhrchen aus Halbleitermaterial können nicht nur für Nanotransistoren, sondern auch für Nanomagnetspeicher verwendet  

 Nanoröhrchen aus Kohlenstoff oder anderen Elementen können Isolatoren, Leiter oder Halbleiter sein, abhängig vom räumlichen Aufbau, also dem Durchmesser und dem Verdrillungswinkel. Anwendungen könnten Feldeffekt- und  Einzelelektronentransistoren sowie Leiterbahnen für hohe Stromdichten sein. Mittels n- oder p-Dotieren lassen sich nunmehr ferromagnetische Nanoröhrchen herstellen, die sich künftig möglicherweise als nichtflüchtige Speicherbausteine nutzen lassen – vergleichbar mit den bereits als Labormuster vorhandenen magnetoresistiven Speicherbausteinen, auch MRAM genannt.

Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme zeigt oben die einige Mikrometer langen und 100 nm dicken Nanoröhrchen, unten die ineinander verschachtelten Röhrchen sind an den Streifen der Transmissionselektronenmikroskopaufnahme zu erkennen (Bild: IBM)

Wissenschaftler des T. J. Watson Forschungszentrums von  IBM in Yorktown Heights im amerikanischen Bundesstaat New York haben ferromagnetische Nanoröhrchen aus Vanadiumoxid hergestellt, die durch n- oder p-Dotierung bei Raumtemperatur ferromagnetisch werden und berichten darüber in der Ausgabe vom 7. Oktober 2004 der Zeitschrift  Nature auf Seite 672 in Band 431.

Die hohe Curietemperatur der Röhrchen von rund 500 Kelvin, die weit über der Raumtemperatur liegt, erleichtert technische Anwendungen; oberhalb der Curietemperatur verschwindet der Ferromagentismus.

Die Sättigungsmagnetisierung abhängig von der Temperatur: oben für n- und unten für p-dotiertes Vanadiumoxid. Unterhalb von 500 Kelvin sind die Proben ferromagnetisch. (Bild: IBM)

Vanadiumoxid kann metallisch leitend oder isolierend sein, somit sind Heterostrukturen aus Nanoröhrchen für die künftige Elektronik denkbar, beispielsweise  Speicherbausteine.