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24. April 2010

Mannheim

Nanotechnologie: Unter Zwergen

An den Winzlingen mit den außergewöhnlichen Fähigkeiten führt kein Weg vorbei – eine Ausstellung über Nanotechnologie in Mannheim.

Wie interessiert man Laien für Technologien, die ihre Zukunft bestimmen werden und die heute noch weit weg erscheinen? Und die zudem nur schwer zu begreifen sind? Die Nanotechnologie, eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, ist so ein Fall. Sie spielt im unvorstellbar Kleinen. Hier geht es um die Dimension 10, um Partikel und Strukturen in der Größenordnung von Milliardstel Metern. Um Haufen aus Atomen oder Molekülen, die sich nur unter einem Spezialmikroskop überhaupt zeigen, denen aber ein gigantisches Potential innewohnt. Nano-Kohlenstoffröhrchen – gemessen am Gewicht 400 Mal fester als Stahl – sind das vielleicht bekannteste Beispiel. Sie sind so reißfest, dass aus ihnen sogar Fahrstühle hoch ins All gebaut werden könnten.

Die Welt der Zwerge – "nano" ist das altgriechische Wort für Zwerg – scheint fantastisch. Wie aber sie begreifbar und lebensnah machen? Die Ausstellung "Nano!" im Technoseum in Mannheim zeigt, dass es geht. Nicht nur, indem sie Dinge präsentiert, in denen diese Winzlinge längst drin stecken, ohne dass wir es wissen. Sondern vor allem dadurch, dass sie die Mediennutzer von heute in ihrem Alltag abholt. Sie können am Bildschirm Videos gucken, mal hier, mal dort reinzappen. Oder am Computer auf "Nano-Reisen" gehen und sich durchs Innere einer Zelle oder eines Mikrochips bis hinunter auf die atomare Ebene klicken. Und sie können mitmachen, anfassen: zum Beispiel mit Joystick-gesteuerten optischen Pinzetten hantieren, ein Fitnessgerät auf der Basis von Nanotechnologie ausprobieren oder in einem Simulator durch die Schluchten eines Nanopartikels fliegen. Entsprechend vergrößert, sehen sie aus wie die Canyons auf dem Mars. Spaßhaben und lernen, das ist das Prinzip. Wer tiefer einsteigen will, macht bei einem angeleiteten Experiment mit und baut zum Beispiel eine Solarzelle.

NANO IN DER NATUR

Dass die Zwergenwelt keine menschliche Erfindung ist, dass sich auch die Natur gewissermaßen dieser Technologie bedient, wird gleich im ersten Ausstellungsraum klar: am "Lotus-Effekt". Auf den Blättern der Pflanze perlt das Wasser ab, es bleibt kein Schmutz kleben. Und das nicht, weil die Oberfläche so glatt wäre. Im Gegenteil. Möglich machen diese Selbstreinigung, die vor Pilzbefall schützt, mikrometergroße Noppen, die mit einer nanofeinen wachsartigen Schicht überzogen sind. Übrigens: Auch die Kapuzinerkresse hat Blätter mit "Lotus-Effekt".

Davon haben die Forscher gelernt und Lacke und Anstriche entwickelt, die sich leicht, möglichst ohne Chemie, reinigen lassen. Weitere Nanokünstler aus der Natur: der Gecko, dessen Füße mit feinsten Haaren überzogen sind. Zwischen ihnen und dem Untergrund wirken Anziehungskräfte (Van-der-Waals-Kräfte), dank derer er kopfüber auf Glas laufen kann.

EUROPA AUF EINEM 50-CENT-STÜCK

Um ein Gefühl für die Dimensionen zu bekommen: Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter, wie eine Haselnuss zur Weltkugel. So gesehen ist es kein Wunder, dass im 10-Format auf ein 50-Cent-Stück eine Karte von ganz Europa – in der Auflösung eines Stadtplans – passt. Für die Mannheimer Ausstellung haben Wissenschaftler vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sie mit einem Ionenstrahl auf die Münze eingraviert. Mit einem Rasterelektronenmikroskop kann man den Plan auch lesen – und sogar das Technoseum sehen. Das gefällt den jugendlichen Besuchern: Es ist wie bei Google-Earth, wenn man sich aus dem All in eine Siedlung runterzoomt.

ZWERGE SIND ANDERS

Seltsame Welt auf Ebene 10 : Im "Grundlagenbereich" der Ausstellung lernt man, dass die Zwerge andere Eigenschaften haben als ihre größeren Brüder, obwohl es sich doch um denselben Stoff handelt. Siliziumdioxid zum Beispiel. Auf Nanogröße pulverisiert, wirkt es flüssig wie Milch. Auch scheinen manche Nanoteilchen eine Art Tarnkappe zu tragen. Sie sind transparent. Dass sie dennoch da sind, sieht man erst unter einem speziellen Licht. Genutzt wird diese Transparenz für Klarlacke, Brillenbeschichtungen oder in Sonnencremes.

Die Zwerge haben eine Eigenart, die sie zu bösartigen Kobolden machen kann: Wegen ihrer – im Verhältnis zum Gewicht – großen Oberfläche sind sie "sehr reaktiv": Das heißt, Nanopartikel treten auch mit biologischen Molekülen in Wechselwirkung. Sie können also Körperzellen angreifen. Eingeatmet können die ultrafeinen, alles durchdringenden Partikel beispielsweise Entzündungen verursachen.

HANTIEREN IN DER NANOWELT

In der Ausstellung steht ein Nachbau jenes Rastertunnelmikroskops von 1981, mit dem der deutsche Physiker Gerd Binnig und der Schweizer Heinrich Rohrer (Nobelpreis 1986) erstmals einzelne Atome dreidimensional und in hoher Auflösung sichtbar machten – der Anstoß für die rasante Entwicklung der Nanotechnolgie. Mit Rasterkraftmikroskopen lassen sich die Atome sogar bewegen. Zur Bearbeitung der Zwergenwelt gibt es regelrechte Werkzeuge – etwa eine "Nanofräse" vom Karlsruher KIT.

Wie schwierig das Hantieren auf 10ist, veranschaulicht die Ausstellung mit einem einfachen Experiment: Man schlüpfe in Boxhandschuhe und versuche so, Bauklötze zu setzen. Die Herstellung von Nanoprodukten erfolgt sinnvollerweise über Prozesse der Selbstorganisation, der Natur abgeschaut. Diese können Besucher selbst in Gang setzen: Auf Knopfdruck wachsen etwa Eiskristalle.

WAS DIE ZWERGE KÖNNEN
Selbstreinigende Textilien mit Lotuseffekt, Anti-Graffiti-Wände, kratzfeste Autolacke, stabile und doch federleichte Tennisschläger mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Die Schau kann natürlich nur wenige aus der kaum übersehbaren Zahl der Produkte aus unserem Alltag zeigen, in denen die Technologie schon heute steckt. Zumal auch andere wichtige Anwendungsbereiche vorgestellt werden wollen. Photonische Kristalle etwa, die Informationen durch Licht übertragen, sollen Rechner noch schneller machen. Oder die "grüne Nanotechnologie". Sie soll Brennstoffzellen verbessern oder Katalysatoren effizienter machen. Nicht zuletzt die Medizin: Magnetisches Eisen (Ferrofluide) kann Tumorzellen bekämpfen, Diabetiker sollen insulinbildende Zellen implantiert bekommen, die in einer nanoporösen Hülle stecken.

WEHE, WENN SIE LOSGELASSEN...

Nanopartikel sind nicht nur sehr reaktiv, sie sind auch "so winzig, dass man ihnen generell zutrauen muss, sämtliche Barrieren im Körper zu überwinden", schreibt der Schweizer Toxikologe Harald F. Krug im Begleitband zur Ausstellung. Nanokohlenstoffröhrchen (CNT) stehen im Verdacht, Krebs auszulösen. Das Umweltbundesamt hat eine Studie zur Nanotechnologie veröffentlicht und festgestellt, dass es für diese relativ junge Technologie noch keine toxikologischen Langzeituntersuchungen gibt. Für die Experten ist klar: Solange Nanopartikel fest in Materialien eingebunden sind, sei für Mensch und Umwelt eine Gefährdung "kaum zu erwarten". Anders, wenn sie freigesetzt werden – was unter anderem bei Kosmetika oder Lebensmitteln der Fall sein könne. Fatalerweise ist für Verbraucher aber gar nicht klar, ob ein Produkt Nanopartikel enthält: Es gibt keine Kennzeichnungspflicht auf Waren. Immerhin verschafft die Mannheimer Ausstellung da mehr Klarheit: mit einem virtuellen Durchgang durch den "Nano-Supermarkt" (siehe unten). Und sie spricht die Risiken der Technologie an: In Texten und Filmen kommen viele Experten zu Wort. Gleichwohl stehen die Chancen im Zentrum der Schau, die von der Landesstiftung gefördert wird. In Baden-Württemberg, bundesweit führend in der Nanotechnologie, hängen heute bereits etwa 10 000 Arbeitsplätze an der Branche.

Aufgabe wird sein, die kleinen Helfer einzusetzen und ihren gefährlichen Übereifer in Schach zu halten. Denn eins ist sicher: Der Vormarsch der Zwerge ist nicht aufzuhalten.

Autor: Michael Heilemann