Einsatzmöglichkeiten

Von den vielen Anwendungsmöglichkeiten sind bisher nur wenige umgesetzt. Die allermeisten existieren nur im Labor bzw. sind noch nicht realisiert.

Die Einsatzgebiete sind indes sehr vielfältig. U.a. kommen folgende in Frage:

  • Umwelttechnologien
  • Energietechnik
  • Oberflächenbeschichtungen
  • Computer
  • Textilien
  • Medizin
  • Wasseraufbereitung
  • Kosmetikindustrie
  • Lebensmittelindustrie
  • Kompositmaterialien
  • Verpackungen

Medizinisch-pharmazeutischer Bereich

Verschiedene Zytostatika sowie Medikamente gegen Infektionskrankheiten und Multiple Sklerose können in nanoskalige Liposomen, Polymere oder Suspensionen eingebracht werden. Dadurch wird ein sehr genauer Transport der Medikamente in das Zielgewebe ermöglicht. Ein weiterer Vorteil gegenüber einem unspezifischen Transport ist der verringerte Wirkstoffbedarf bei gleicher Wirkung sowie geringere Nebenwirkungen.

Ein Beispiel:
Bei einer Krebstherapie werden magnetische Nanopartikel über ein nanoskaliges Transportsystem im Zielgewebe akkumuliert. Durch ein externes Magnetfeld oder Laserlicht werden die Nanopartikel zerstört, der Wirkstoff freigesetzt und die Tumorzellen abgetötet.

Nanopartikel werden auch

  • als Marker für biologische Screening-Tests
  • als Kontrastmittel für die MRT
  • in Schwangerschaftstests für den privaten Gebrauch
  • bei Implantaten
  • in Zahnpasta

eingesetzt.

Hygiene und Haushalt

Sehr häufig wird nanoskaliges Silber aufgrund seiner antibakteriellen Wirkung verwendet. So können u.a. Luftreinigungssprays, Filter von Klimaanlagen, Innenseiten von Kühlschränken, Computertastaturen, Türgriffe, Anstriche, Cremes, Lotionen, Zahnpasta, Wundverbände, Seifen und Waschmittel nanoskaliges Silber zur Desinfektion beinhalten.

Kosmetik

Bei der Herstellung kosmetischer Mittel kommen im Wesentlichen Nanoemulsionen und Nanopigmente zum Einsatz. Im Produkt enthaltene nanoskalige Partikel oder Mizellen schließen Substanzen ein und geben diese bei verändertem pH-Wert oder Salzgehalt an die Umgebung ab. Auf diese Weise können wasserunlösliche Substanzen vom Körper aufgenommen werden. So werden in Gesichtscremes z.B. Fullerene als Antioxidantien und Aluminiumpartikel für einen weichen Teint eingesetzt.

Titandioxid oder Zinkoxid dienen in Sonnencremes als UV-Filter. Nicht nur, dass sie aufgrund der geringen Größe farblos sind, sie schützen auch vor einem breiten Spektrum einfallender UV-Strahlung und irritieren nicht die Haut, wie es bei chemischen Wirkstoffen möglich ist.

Detaillierte Studien über die Verteilung von Nanopartikeln im Körper stehen zurzeit noch aus. Zudem ist noch nicht klar, ob Nanovesikel bzw. Nanoemulsionen intakte Haut durchdringen können. Zumindest könnten sie in der Lage sein, die Bioverfügbarkeit sowie die toxikologischen Eigenschaften der dispergierten Inhaltsstoffe zu modifizieren.

Nahrungsmittel

Vitamine, Mineralien, Farbstoffe oder Fettsäuren können in nanoskalige Mizellen bzw. Liposomen verkapselt und sog. funktionellen Nahrungsmitteln („functional food“) zugegeben werden. Die Verkapselung in Mizellen bzw. Liposomen soll sowohl die Aufnahme der Stoffe verbessern als auch eine höhere Konzentration in den Lebensmitteln ermöglichen. Functional food ist noch nicht auf dem Markt. Entweder befinden sich die Produkte erst im Entwicklungsstadium oder sie sind reine Fiktion.

Nach Informationen, die dem Bundesinstitut für Risikobewertung (2008a) vorliegen, kommt in Lebensmitteln eingesetztes Siliziumdioxid/Kieselsäure nicht in Nanogröße vor. Die Nanopartikel agglomerieren bei der Herstellung innerhalb kürzester Zeit zu größeren Partikeln.

Zurzeit liegen nicht genügend Daten vor, um eine Risikobewertung von Nanopartikeln im Lebensmittelbereich durchführen zu können.

Verpackungen

Flaschen und andere Verpackungen können mit Aluminiumoxid oder Ton von innen beschichtet werden, so dass der Gasaustausch zwischen Lebensmitteln und Umwelt verringert wird. Der Vorteil besteht in einem besseren Aroma und in der längeren Haltbarkeit der Produkte. Auch nanoskaliges Silber in Lebensmittelverpackungen kann durch eine antimikrobielle Wirkung die Haltbarkeit von Nahrungsmitteln verbessern.

Mehrfachverpackungen sind nicht mehr erforderlich, wenn Folien durch Nanomaterialien versteift werden. In aktuellen Forschungen werden zudem Verpackungen entwickelt, die verdorbene Lebensmittel anzeigen können.

Textilien

Sportbekleidung und Socken nehmen mehr Schweiß auf als andere Kleidung. Daher werden diese des Öfteren mit nanoskaligem Silber bzw. Silberfäden ausgestattet, um einer Geruchsentwicklung, die durch mikrobielle Aktivität entsteht, vorzubeugen.

Textilien können auch mit einem UV-Schutz ausgerüstet werden, indem diese mit nanoskaligem Titandioxid behandelt werden. Es ist ebenso möglich, durch Einarbeitung von nanoskaligem Siliziumdioxid die Abnutzung durch das Waschen zu reduzieren.

Zukünftige Entwicklungen befassen sich mit der Erforschung von wasserabweisenden Eigenschaften durch Nanopartikel und Dendrimere.

Elektronik

Anorganische LEDs (light-emitting diode) können bei einer Größe von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern bis auf 10 nm genau hergestellt werden. OLEDs (organic light-emitting diode) sind Dünnschichtbauelemente, welche sehr dünn, biegsam und energiesparend sind. Dies ermöglicht einen Einsatz in Bildschirmen und anderen Gegenständen als Lichtquelle. Für die Herstellung von blauen Leuchtdioden, Flüssigkristallbildschirmen und Dünnschicht-Solarzellen wird bereits eine Nanoschicht aus Zinkoxid mit leitenden Eigenschaften und einer hohen Transparenz im sichtbaren Wellenlängenbereich verwendet.

Die Auflösung von Rasterelektronenmikroskopen kann optimiert werden, indem CNT als Spitze an der Kathode zur Bildung einer Elektronenwolke eingesetzt werden.

Baustoffe

Nanoskalige Partikel aus Aluminium, Silizium und Polymeren werden in hydrophoben Versiegelungen, Reinigungsmitteln und Imprägnierungen für Holz, Stein, Glas und Metall verwendet. Werden Kompositen Nanopartikel hinzugefügt, können Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Isolation, Stabilität, Dichte und Hitzebeständigkeit verbessert werden. Als Beispiele können Keramik-, Metall-Matrix- und Polymer-Nanokomposite angeführt werden. Zugleich ist durch den Einsatz von Nanomaterialien der Energieaufwand bei der Produktion fester Baumaterialien (Stahl, Beton, Zement) niedriger.

Die Industrie ist sehr an den Kohlenstoffnanoröhrchen interessiert, denn sie besitzen im Vergleich zu Stahl ein vielfach besseres Verhältnis von Zugfestigkeit zu Dichte. Kohlenstoffnanoröhrchen können in Kombination mit Kunststoffen (Kompositmaterialien) bessere mechanische Eigenschaften, ein geringeres Gewicht und eine bessere Stabilität beispielsweise für Fahrradrahmen oder Hockey- und Tennisschläger bedeuten. Um die Stabilität zu erhöhen, kann anstelle von Kohlenstoffnanoröhrchen auch Siliziumdioxid verwendet werden.

Sofern Siliziumdioxid funktionalisiert wurde, kann ein schmutzabweisender Anstrich / Anti-Graffiti-Antrich auf Oberflächen aufgetragen werden. Farben sowie Sprays auf Wasser- und Ölbasis sind danach leicht zu entfernen. Ein weiteres Beispiel stellen selbstreinigende Glasscheiben, Dachziegel oder Fassaden dar. Mit Hilfe einer Titandioxidschicht, die durch UV-Licht aktiviert wird, werden organische Ablagerungen abgebaut. Die Oberfläche kann aber auch so gestaltet werden, dass nichts an ihr haften bleibt (Lotuseffekt).

Kraftfahrzeuge

„Carbon black“ ist neben Kieselsäure eines der wirtschaftlich wichtigsten Produkte auf Basis der herkömmlichen Nanotechnologie. Es wird als verstärkender Füllstoff in der Gummimasse von Reifen verwendet, um die Laufleistung zu erhöhen.

Autolacke können Keramik- oder Aluminiumpartikel enthalten, um die Kratzfestigkeit zu erhöhen. Durch die Keramikpartikel kann zudem ein Glanzeffekt erreicht werden.

Ceroxid wird ausschließlich als Treibstoffkatalysator verwendet. Als Kraftstoffzusatz für Dieselmotoren setzt es die Verbrennungstemperatur herab, wodurch die Verbrennung verbessert wird.

Um den Wirkungsgrad von Abgaskatalysatoren zu erhöhen, sind diese mit nanoporösem Aluminiumoxid ausgerüstet.

Stand: 11. März 2016 - 9:55 Uhr

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