Nano - Was ist das?

„Nano“ als Vorsilbe stammt aus dem griechischen und heißt Zwerg. Ein Nanometer (nm) ist der Milliardstel Teil eines Meters. Zum Beispiel verhält sich ein Nanometer zu einem Meter wie der Durchmesser einer Grapefruit zu dem der Erde.

Als Nanoteilchen oder -partikel werden Teilchen definiert, die in wenigstens einer Dimension einen Durchmesser von weniger als 100 Nanometern haben. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Definition ist, dass Nanopartikel durch ihre Größe und Oberflächenstrukturen andere, neue Eigenschaften aufweisen als vergleichbare, größere Partikel.

Zu unterscheiden ist ebenfalls zwischen natürlichen oder unbeabsichtigt entstehenden Nanopartikeln, die z. B. bei Vulkanausbrüchen oder bei Verbrennungsprozessen (Dieselmotor) entstehen, und synthetischen Nanopartikeln, die beabsichtigt hergestellt werden und deren Oberfläche in bestimmter Art und Weise behandelt sein kann, um bestimmte technische Eigenschaften aufzuweisen. Daher ist auch die chemisch-physikalische Beschaffenheit der Oberfläche wichtig für die Charakterisierung spezifischer Nanopartikel.

Partikel, Fasern, Schichten

Hier werden lediglich die synthetisch hergestellten Partikel vorgestellt, die zugeschriebene chemisch-physikalische Eigenschaften haben und bestimmte Funktionen erfüllen sollen. Unterschieden wird dabei nach der Anzahl der Dimensionen, in der die Struktur in Nanogröße vorliegt.

So unterschiedlich wie die Formen der Partikel und Strukturen im Nanometerbereich sind, so verschieden sind auch ihre Anwendungsgebiete und potentiellen Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt.

Schweißrauchpartikel im Rasterelektronenmikroskop
Schweißrauchpartikel (Quelle: S. Plitzko, BAuA)

Als Nanopartikel in Abgrenzung zu anderen Nano­strukturen werden relativ gleichförmige, isometrische Partikel verstanden, die in drei Dimensionen in Nano­größe vorliegen. Die gängigsten sind Metall- oder Metalloxidpartikel wie Titandioxid, das in vielen Kosmetika und Sonnenschutz verwendet wird.

Quantenpunkte (quantum dots) bestehen meist aus einem metallischen Kern, der mit einer organischen Beschichtung versehen ist, um Biokompatibilität zu gewährleisten. Diese Quantenpunkte werden in der Medizin in bildgebenden Verfahren verwendet. Fullerene sind kugelförmige Kohlenstoffmoleküle, die in der Medizin als Wirkstoffträger (drug carrier) eingesetzt werden, um Medikamente genau an den Ort zu bringen, wo sie ihre Wirkung entfalten sollen.

Kohlenstoff-Nanoröhren im Rasterelektronenmikroskop
Kohlenstoff-Nanoröhren
(Quelle: C. Hoecker, Engineering at Cambridge)
Nanofasern oder Nanoröhren (carbon nano tubes, CNT) hingegen können in einer Dimension mehrere Mikrometer Länge haben. Sie bestehen aus röhren­förmig angeordneten Kohlenstoffatomen, die ein oder mehreren Lagen übereinander haben können (singlewalled CNT oder multiwalled CNT). Die Röhrenenden können geschlossen oder ein- bzw. beidseitig offen sein.
Titandioxid-Nanoschichten im Rasterelektronenmikroskop
Titandioxid-Nanoschichten im Rasterelektronen-
mikroskop
(Quelle: Saito Y. et al., Adv. Funct. Mater. 2015)

Nanoschichten haben nur in einer Dimension Nanogröße. Die Partikel, die durch Beschich­tung auf eine Oberfläche aufgetragen werden, sind relativ fest mit dem Material verbunden. Ob sich aus einer Nanobe­schichtung Partikel lösen, ist noch nicht für alle Substanzen geklärt. Nanobeschichtungen haben z. B. antibakterielle oder Schmutz abweisende Funktion. Sie werden häufig in der Medizin eingesetzt. Ein Beispiel für Nanoschichten ist Graphen, eine Kohlen­stoff­schicht oder -membran, die nur die Dicke eines Atoms hat und eine extreme Reißfestigkeit und Dichte aufweist.

nach oben nach oben