Allgemeines zur Nanotechnologie

Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Technologien, die sich mit der Entwicklung, der Produktion und der Nutzung von Strukturen und Bausteinen befassen, die in mindestens einer Dimension kleiner als 100 Nanometer sind (derzeit gültige Definition EU).

Die Vorsilbe „Nano“ entstammt dem griechischen Wort „nanos“ für Zwerg. Ein Nanometer (nm) ist der milliardste Teil eines Meter (entspricht  0,000 000 001 m). Die Relation zwischen einem Nanometer und einem Meter entspricht dem Größenverhältnis des Durchmessers einer Haselnuss zum Durchmesser unserer Erdkugel.

Die Nanotechnologie wird als wichtige Zukunftstechnologie und Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts angesehen. Durch den Einsatz nanotechnologischer Verfahren erhoffen sich Industrie, Wissenschaft und auch Verbraucher verbesserte Produkteigenschaften.

Im Nanobereich treten Änderungen von Materialeigenschaften auf. Nanoteilchen besitzen aufgrund ihrer kleinen Größe ganz andere chemische und physikalische Eigenschaften als größere Teilchen des gleichen Stoffes. Da die Oberfläche eines Nanopartikels im Vergleich zum Volumen sehr groß ist, können auch vermehrt chemische Reaktionen stattfinden. Durch diese neuen Eigenschaften werden Nanopartikel für unterschiedliche Einsatzbereiche interessant, um innovative und verbesserte Produkte zu entwickeln.
Mit Hilfe der Nanotechnologie ist es also möglich, Stoffen völlig neue Eigenschaften und Funktionen zu geben. Die Herausforderung besteht darin, die winzigen Strukturen mit den speziellen Formen und Größen so zu kontrollieren, um die gewünschten Eigenschaften zu verwirklichen.

Materialien, die Nanopartikel enthalten, könnten jedoch auch Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben. Daher gilt es, begleitend zur Technologieentwicklung mögliche Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu untersuchen.


Anwendungen

Nanotechnologische Verfahren haben schon heute Einzug in viele Bereiche der industriellen Nutzung wie beispielsweise in die Informations- und Kommunikationstechnik, Robotik, Medizintechnik und Werkstoffwissenschaften gehalten. Neue Materialien, die auf Basis der Nanotechnologie hergestellt werden, werden zunehmend auch in Verbraucherprodukten wie kosmetischen Mitteln, Bekleidungstextilien, Haushaltprodukten und möglicherweise auch in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln Verwendung finden.  

Anwendungen bei Lebensmittel
Mit Hilfe der Nanotechnologie können möglicherweise die Stabilität und Lebensdauer von Lebensmitteln verbessert, die Bioverfügbarkeit von wichtigen Inhaltsstoffen erhöht sowie optische Eigenschaften, Geschmack und Konsistenz von Lebensmitteln verändert werden.
Auch die Verpackungstechnologie ist ein weiteres Anwendungsgebiet der Nanotechnologie. Nanotechnologisch optimierte Verpackungen können Lebensmittel besser schützen oder erkennen, wie frisch das Lebensmittel noch ist. Es sollen Verpackungsmaterialien entwickelt werden, die eine Unterbrechung der Kühlkette oder eine Überschreitung des Haltbarkeitsdatums anzeigen können.

Anwendungen bei Kosmetika
In kosmetischen Mitteln werden Nanopartikel als UV-Filter in Sonnenschutzcremes eingesetzt. Nanopartikel aus Titandioxid oder Zinkoxid, die aufgrund ihrer Kleinheit transparent sind, sorgen in der Sonnencreme dafür, dass sie keinen weißen Film auf der Haut hinterlässt, aber einen hohen Schutz der Haut vor UV-Strahlung bietet.
In Hautpflegeprodukten sollen Nanokapseln für den Schutz und den Transport aktiver Inhaltsstoffe sorgen und auch die pflegende Wirkung verbessern.

Anwendungen bei verbrauchernahen Produkten
In verbrauchernahen Produkten werden Nanomaterialien vielseitig eingesetzt, um Oberflächen stärker, leichter, sauberer und „intelligenter“ zu machen. So werden Nanomaterialien unter anderem in Küchengeräten, Lacken und Farben, in Produkten zur Versiegelung oder zur Reinigung von Oberflächen verwendet. Nanopartikel aus Silber werden auch in Desinfektionsmitteln und zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt, da sie eine keimabtötende  Wirkung besitzen. Des Weiteren werden spezielle Funktionstextilien entwickelt, die selbstreinigende Oberflächen besitzen oder zum Schutz vor UV-Strahlung oder als Wasserbarriere dienen sollen.
 

Mögliche gesundheitliche Risiken

Mögliche unerwünschte Wirkungen von Nanopartikeln im menschlichen Körper sind weitgehend noch nicht erforscht. Für eine Abschätzung des gesundheitlichen Risikos, das von Nanoprodukten ausgehen kann,  ist es wichtig zu wissen, ob die eingesetzten Nanomaterialien in einer Matrix gebunden oder ungebunden im Produkt vorliegen. Die Parameter, die für die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit von Bedeutung sind, sind die Größe der Partikel, ihre chemische Zusammensetzung, die Oberflächenstruktur sowie ihre Form. Besonders freie Nanopartikel, Nanoröhrchen oder Nanofasern können durch ihre geringe Größe, ihre hohe Beweglichkeit und hohe Reaktivität gesundheitliche Risiken bergen.

Eine Aufnahme von ungebundenen Nanopartikeln in den menschlichen Organismus ist über drei verschiedene Wege möglich: über den Magen-Darm-Trakt, die Haut oder die Atemwege.
Wie der menschliche Organismus mit aufgenommenen Substanzen, die Nanopartikeln beinhalten, verfährt, ist heute erst ansatzweise bekannt. Klar ist, das der Transport von Nanopartikeln in und durch Zellen aufgrund der Kleinheit der Partikel ohne besondere Einschränkungen erfolgt. Neben dem erwünschten kann es daher auch zu einem unerwünschten Transport von Wirkstoffen über biologische Barrieren (z.b. Blut-Hirn Schranke) kommen.

Derzeit sind im Hinblick auf das Verhalten von Nanopartikeln im Körper und in der Umwelt noch viele Fragen offen, die als Voraussetzung für die Bewertung des gesundheitlichen Risikos von Nanopartikeln wichtig sind. Geeignete Methoden zur Ermittlung möglicher gesundheitlicher Risiken von Nanopartikeln müssen von der Wissenschaft entwickelt werden. In Folge kann dann über sinnvolle Risikoabschätzung und Regulierungsmaßnahmen entschieden werden.  



Weiterführende Informationen

EFSA - Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit

Generaldirektion Gesundheit und Verbraucher der EU   

Bundesinstitut für Risikobewertung, Deutschland

Forschungsprojekt des Instituts für Technikfolgenabschätzung

Nanotechnologie. Kleine Teile – große Zukunft? Schweizerische Rückversichungs-Gesellschaft Swiss Re
   
Bund-Studie: Aus dem Labor auf den Teller. Die Nutzung der Nanotechnologie im Lebensmittelsektor

Eine große Zukunft für die Wissenschaft der kleinen Teilchen. Das Europäische Informationszentrum für Lebensmittel.

Projekt Nanocare

Informationsplattformen
    http://www.nanoforum.org/ (englisch)
    http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/ (englisch)
    http://cben.rice.edu/ (englisch)

Stand: Juli 2008