IAP CAN: Riesenmöglichkeiten im ganz Kleinen

Nanopartikel oder Nanoteilchen entsprechen der Größe eines Millionstel Teil eines Millimeters. Oder anders ausgedrückt: Der Durchmesser eines menschlichen Haares ist fünfzigtausendmal größer. Und ein Nanoteilchen im Vergleich zu einem Fußball ist etwa so klein wie ein Fußball im Vergleich zu unserem Planet Erde. In dieser Größenordnung ändern sich physikalische und chemische Eigenschaften von Materialien – und das erlaubt die Entwicklung neuartiger Produkte und Anwendungen. „Im Hamburger IAP CAN wird Grundlagenforschung in die praktische Anwendung überführt“, erklärt Professor Weller.

So könnte Nanotechnologie dabei helfen, Krankheiten früher zu diagnostizieren oder Wirkstoffe zielgenauer zu transportieren. „Der menschliche Organismus versteht sich meisterlich auf den Transport lebensnotwendiger Stoffe wie Fette oder Sauerstoff, aber auch auf die Abwehr von Fremdkörpern“, erläutert Weller. Wird ein Stoff nicht vom eigenen System transportiert, wird er markiert und vom Immunsystem bekämpft. Das erschwert medizinische Therapieansätze. „Die Nanotechnologie hat hier erste Erfolge erzielen können. Etwa in der Tumorbekämpfung, in der oft eine chemische Keule zum Einsatz kommt, die gesunde ebenso wie kranke Zellen angreift. Mit Hilfe von Nanoteilchen lässt sich in Zukunft voraussichtlich ein wesentlich exakterer Einsatz ermöglichen.“

Der Einsatz von Nanotechnologie kann aber auch einfach Spaß machen. Nano-Kristalle aus Halbleiter-Materialen, sogenannte Quantum Dots, erlauben brillante Fernsehbilder. Quantum Dots können Licht sehr gut absorbieren und aussenden und erzeugen dabei eine sehr reine und stabile Lichtfarbe. Die Farbe selbst ist abhängig von der Größe seines Kerns: Bei manchen Materialien strahlt ein 2 nm großer Kern blaues Licht aus, rot entsteht, wenn der Kern 6 bis 7 nm groß ist. „So können die primären Farben blau, grün und rot besonders klar voneinander getrennt dargestellt werden, wodurch auch alle Mischfarben eine besonders gute Farbqualität erreichen“, betont Weller. Die Quantum Dots werden in Lösung hergestellt und in Flaschen abgefüllt. In Displays werden sie dann in eine Kunststofffolie eingebettet.

Nanopartikelsysteme zeichnen sich durch besondere Eigenschaften aus. Sie können magnetisch, elektrizitätsleitend, fluoreszierend oder katalytisch aktiv sein, was sie für viele verschiedene Bereiche interessant macht. Etwa für die Materialwissenschaften, wo die katalytischen Eigenschaften von metallischen Nanopartikeln bei der Erzeugung von Wasserstoff und dessen Nutzung in Brennstoffzellen geschätzt werden – auch aus Kostengründen. „In Katalysatoren kommen teure Materialien wie Platin zum Einsatz – und Nanopartikel erlauben einen deutlich reduzierten Materialeinsatz“, so Weller. „In einem anderen Bereich der Materialwissenschaften wurde in Hamburg echte Pionierarbeit geleistet“, fährt der Professor fort.

Schon in den neunziger Jahren hat sein Forscherteam erstmalig Nanokristalle für Solarzellen optimiert, woraus heute ein weltweit großes Forschungsgebiet entstanden ist. „Vor allem aber haben die so gewonnenen Erkenntnisse einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der opto-elektronischen Eigenschaften von maßgeschneiderten Nanostrukturen geleistet.“ Und wie ist der Wissenschaftsstandort Hamburg in Bezug auf diese Zukunftstechnologie heute aufgestellt? „Ausgesprochen gut!“, betont der Professor. „Hamburg ist eines der weltweit führenden Zentren in den Nanowissenschaften.“
ys/kk