Die Technologie des «extrem Kleinen» hat ein enormes Potenzial – wenn man sie richtig anwendet

Nanotechnologie steht derzeit hoch im Kurs. Das zeigte unter anderem ein Blick in den gut gefüllten Kursaal Bern, in dem am letzten Donnerstag und Freitag die zweite Auflage der Swiss NanoConvention über die Bühne ging. Dabei war das Publikum mindestens so bunt durchmischt wie die Themenpalette vielfältig: Vom Bundesrat über internationale «Nano-Cracks», Industrievertreter, Versicherungs- und Finanzexperten zu Juristen, Ethikern und Philosophen – insgesamt an die 300 Teilnehmende waren der Einladung der Empa gefolgt, um über die «Schlüsseltechnologie des 21.Jahrhunderts» und deren Auswirkungen auf Wissenschaft, Wirtschaft, Gesundheit, Umwelt und Gesellschaft zu diskutieren.

Und das taten sie dann auch zwei Tage lang – lebhaft und ausgiebig. «Wo unterschiedliche Interessen und Sichtweisen aufeinandertreffen, entstehen spannende Gespräche – und möglicherweise neue Denkansätze», zeigte sich Empa-CEO Louis Schlapbach zufrieden. «Ziel der Empa ist es, die notwendigen Grundlagen zu erarbeiten, um die Nanotechnologie dort einzusetzen, wo sie der Gesellschaft den grössten Nutzen verspricht, und dort Vorsicht walten zu lassen, wo die Risiken überwiegen.» Genau in dieser
«Tradition» stehe auch die NanoConvention.

Dass die Empa mit ihrer Initiative, das Spannungsfeld zwischen «Nano-Hype» und Schwarzmalerei zu überbrücken, zum richtigen Zeitpunkt kommt, bescheinigte ihr auch Bundesrat Pascal Couchepin, der die Swiss NanoConvention 2007 eröffnete. Laut Couchepin sei die Veranstaltung enorm wichtig, um sowohl die immensen Chancen, als auch potenzielle Risiken der Nanotechnologie zu beleuchten und einen sachlichen Dialog darüber in Gang zu bringen. Georg Karlaganis vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) sah dies ähnlich: «Die NanoConvention ist ein ganz wesentlicher Beitrag zum breiten Dialog über einen verantwortungsbewussten Umgang mit der Nanotechnologie.»

Nano – alles andere als neu

Die Themenkreise «Faszination», «Innovation» und «Sicherheit» der Nanotechnologie standen dann auch im Zentrum der Diskussionen. Dabei herrschte in einem Punkt Einigkeit unter den Experten: «Nano» hat einriesiges Potenzial. Kaum ein Gebiet, das nicht durch nanotechnologische Methoden nachhaltig verändert werden wird. Ob Materialwissenschaften, Informationstechnologie, Biomedizin oder Umwelttechnologien – Nano – einfach gesagt, die Manipulation der Materie auf molekularer Ebene – eröffnet die Möglichkeit auf Materialien mit völlig neuen, «massgeschneiderten» Eigenschaften. Bereits heute sind Nanomaterialien aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken, wie Antje Gerber von der Degussa GmbH anhand verschiedener Beispiele aufzeigte. Und dies nicht erst seit kurzem; Degussa beispielsweise brachte ihr erstes Nano-Produkt bereits 1949 auf den Markt. Ein Siliziumoxid, das mittlerweile für elastischere Infusionsröhrchen, für
brillanter leuchtende Farbausdrucke, für besser haftende Farben, für besseren Klebstoff und vieles mehr
sorgt. Und obwohl es bisher «nur» um die Verbesserung bestehender Materialien ging, stellte Gerber für die
Zukunft auch völlig neue Produkte in Aussicht.

Dass Nano auch in Nahrungsmitteln nichts Neues ist, zeigte Werner Bauer, Chief Technology Officer von Nestlé. «Milch und Eiscreme sind wunderschöne Beispiele nano- strukturierter Lebensmittel mit Nanometer grossen Fetttröpfchen und ähnlichem», so Bauer. Künstlich hergestellte Nanomaterialien in Lebensmittel einzubringen, sei allerdings derzeit (noch) kein Thema. «Die Nahrungsmittelindustrie ist äusserst konservativ, wenn es um die Einführung neuer Technologien geht.» Dies könne man etwa in der Elektronik viel einfacher und schneller. «Aber wie oft möchten Sie etwas völlig Unbekanntes als Nahrungsmittel zu sich nehmen?», fragte Bauer rhetorisch.
Wo man sich indes einiges von der Nanotechnologie verspreche, sei in benachbarten Gebieten wie Herstellung – etwa durch abriebsbeständigere, eventuell antibakteriell beschichtete Maschinen –, im Verpackungssektor oder bei Sensoren und Überwachungssystemen, um allfälligen Bakterienbefall oder Ähnliches schnell und verlässlich anzuzeigen. «In diesen Bereichen wird die Nanotechnologie helfen, unsere Nahrungsmittel noch sicherer zu machen», so Bauer. «Aber im eigentlichen Nahrungsmittelgeschäft sehe
ich für die Nanotechnologie zurzeit noch keine konkreten Anwendungen.»

Das grosse Potenzial der Nanotechnologie in medizinischen Anwendungen unterstrich Patrick Hunziker vom
Universitätsspital Basel. Die von seinem Team entwickelten Nano-Polymercontainer können mit einem Wirkstoff befüllt werden, spüren (nach Injektion) im Körper ganz bestimmte Zellen auf und werden von diesen aufgenommen, um dann im Zielgewebe den Wirkstoff auszuschütten. «Nanotechnologie wird in der Medizin in Zukunft wichtiger sein als Gentherapie», ist Hunziker überzeugt. «Und zwar sowohl im Bereich der Therapie als auch bei der Diagnostik.»
Nanotechnologie als Allheilmittel?

Bei allem Enthusiasmus warnte der Nanotech-Pionier George Whitesides von der Harvard University allerdings vor übersteigerten Erwartungen. «Kleiner ist nicht immer besser, Nano ist also nicht immer die richtige Antwort», so Whitesides. Man müsse die Nanotechnologie – oder die «Wissenschaft vom extrem Kleinen», wie Whitesides sie nannte – richtig einsetzen. Ob sie einst eine ähnlich weitreichende wissenschaftliche Revolution auslösen werde wie etwa die Erfindung des Rads, die Entwicklung der
Dampfmaschine oder die Einführung der Elektrizität, könne derzeit niemand mit Sicherheit voraussagen.

Nanotechnologie dürfe nie zum Selbstzweck werden, sondern müsse zum Nutzen der Gesellschaft eingesetzt werden, betonte auch Arthur Vayloyan, Mitglied des Private Banking Management Committee der Credit Suisse, dem Hauptsponsor der diesjährigen NanoConvention. Als «Bewährungsprobe» böten sich die grossen Herausforderungen der Zukunft an, zum Beispiel die Wasserversorgung einer ständig wachsenden Weltbevölkerung. «Wasser ist zwar vorhanden, ist aber meist entweder Salzwasser oder verschmutzt», so Vayloyan.

US-Forscher hätten vor kurzem eine Technologie entwickelt, Kohlenstoffnanoröhrchen zur Entsalzung von Meerwasser einzusetzen. Um Entwicklungen wie diese möglichst schnell in die Praxis umzusetzen, «müssen Banken, Versicherungen, Industrie, Politik und die Wissenschaften zusammenspannen», sagte Vayloyan. «Wenn es uns gelingt, das Wissen aus der Forschung in die Wirtschaft zu überführen – und die Geldgeber dabei auch noch profitieren –, dann haben wir eine ‚triple-win-Situation’.»

Um potenziellen Investoren den Zugang zur Nanotechnologie zu erleichtern, hat die Credit Suisse zu Beginn der Swiss NanoConvention 2007 den «Credit Suisse Global Nanotechnology Index» lanciert, der 20 global tätige Firmen umfasst, welche Nanotechnologie-Produkte anbieten.

«Rückblickend über die letzten fünf Jahre hätte der Index jährlich um 14% zugelegt; das ist mehr als jeder andere Index, wie etwa der NASDAQ», sagte Giles Keating, Leiter des Global Research Private Banking und Asset Management der Credit Suisse. Daneben präsentierte Keating auch das Bewertungsmodell «WINS». Mit dem von der Credit Suisse entwickelten Modell lassen sich Nanotechnologie- Unternehmen, die oft weder über historische Daten noch über marktreife Produkte verfügen, über unterschiedliche Industrien hinweg systematisch, objektiv und reproduzierbar bewerten.

Aber auch auf dem Gebiet der Energieversorgung werden nanotechnologische Methoden für enorme Fortschritte sorgen, sind sowohl Vayloyan als auch Whitesides überzeugt. Dies hat laut George Whitesides einen einfachen Grund: «Viele der neuen Energietechnologien funktionieren mittels Bausteinen im Nanometermassstab, etwa Solarzellen oder Brennstoffzellen.» Auch bei den elektronischen Speichermedien sieht der Harvard-Forscher eine deutliche Verbesserung dank Nanotech. «Wir werden massenweise Daten speichern können – und das praktisch umsonst.» Dies berge aber auch eine Gefahr: eine mögliche Verletzung der Privatsphäre. «Jeder wird vollkommen durchsichtig, alle persönlichen Daten können erfasst werden», befürchtet Whitesides. Dies sei ein ernstes Problem, das aus der Nanotechnologie resultiere und über das sich die Gesellschaft Gedanken machen müsse.

Mögliche Risiken lauern vor allem bei freien Nanopartikeln Im Fokus der Nanosicherheitsforschung sind derzeit dagegen vor allem freie Nanopartikel. Diese können, wenn sie eingeatmet werden, bis tief in die Lunge und von dort aus sogar in den Blutkreislauf eindringen, wie Peter Gehr von der Universität Bern anhand von Elektronenmikroskopieaufnahmen zeigte. Und gegen diesen Expositionsweg könne man sich kaum schützen. «Wir können zwar vermeiden, mit Nano-Nahrungsmitteln oder Nano-Kosmetik in Berührung zu kommen, aber wir können nicht aufhören zu atmen», so Gehr.

Die eingeatmeten Nanopartikel werden von Fresszellen des Immunsystems, so genannten Makrophagen, aufgenommen, welche die Lunge von Fremdkörpern säubern. Daneben gelangen sie aber sogar bis in die roten Blutkörperchen sowie in andere Immunzellen. In einem eindrücklichen Zeitraffervideo zeigte Gehr, wie eine Makrophagenzelle Nanopartikel an eine andere Zelle des Immunsystems – eine so genannten dendritische Zelle – weitergibt. Gehr vermutet, dass diese Zellen dann das körpereigene Abwehrsystem alarmieren und eine Immunantwort gegen die Nanopartikel auslösen.

Auch innerhalb der Zelle selbst bewegen sich Nanopartikel praktisch ungehindert. Gehrs Team fand winzige Polystyrolteilchen sogar im Zellkern und in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle. «Was dies bedeutet, wissen wir noch nicht», so Gehr. «Aber es ist möglich, dass sie im Zellkern Schäden an den Chromosomen verursachen könnten.» Dies sollen weitere Untersuchungen nun klären.

Nanopartikel ist nicht gleich Nanopartikel Doch längst nicht alle Nanopartikel sind gesundheitsgefährdend. «Man hat immer angenommen, dass Nanopartikel im Allgemeinen toxischer sind als grössere Teilchen der gleichen Substanz», sagte der Toxikologe David Warheit vom DuPont Haskell Laboratory for Health and Environmental Sciences in Newark im US-Bundesstaat Delaware. Dass dem keineswegs so ist, zeigte Warheit in Bern anhand von Untersuchungen an Ratten, die verschiedene Nanopartikel eingeatmet hatten. Fazit: Nicht alle Nanopartikel sind gleich toxisch. «Jede Art von Nanopartikel muss daher separat untersucht werden», so Warheit.

Um die Untersuchung der Auswirkungen von Nanopartikeln auf Mensch und Umwelt zu vereinheitlichen und deren Risiko besser abschätzen zu können, hat Warheit vor kurzem in Zusammenarbeit mit der USUmweltschutzorganisation

«Environmental Defense» allgemein anwendbare Richtlinien erarbeitet. Das am 21. Juni 2007 vorgestellte «Nanorisk Framework» (www.nanoriskframework.com) zeigt auf, wie man ein wirksames Risikomanagement für Nanomaterialien umsetzen kann und soll dadurch einen verantwortungsvollen Umgang mit Nanomaterialien sicherstellen. Gleichzeitig hat Warheit zehn toxikologische Tests zusammengestellt, nach denen künftig Nanopartikel untersucht werden sollten. Dabei werden etwa die Reaktion beim Einatmen der Nanopartikel, beim Aufbringen auf die Haut oder ins Auge, aber auch ihre Auswirkungen auf Algen, Wasserflöhe oder Fische untersucht. «Diese Tests sollten uns ein relativ verlässliches ‚Risikoprofil’ der verschiedenen Nanopartikel liefern», so Warheit, der gleichzeitig Leiter des European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals ist.

Auch in der Schweiz tut sich im Bereich Nanosicherheit einiges. Im Auftrag der Bundesämter für Umwelt(BAFU) und Gesundheit (BAG) hat ein interdisziplinäres Projektteam, in dem auch die Empa vertreten war, soeben einen Grundlagenbericht zum Risikomanagement synthetischer Nanopartikel erarbeitet. Dieser ist die Basis für einen «Aktionsplan», den der Bundesrat – so die Hoffnung der Bundesämter – noch dieses Jahr verabschieden soll. «Ziel des Aktionsplans ist es, mögliche schädliche Auswirkungen der Nanopartikel zu minimieren und Gesellschaft und Wirtschaft vor Folgekosten beziehungsweise Fehlinvestitionen zu bewahren», sagte Georg Karlaganis vom BAFU. Zudem habe man ein Konzept für ein Nationales Forschungsprogramm «Chancen und Risiken der Nanotechnologie» erarbeitet, über das vermutlich ebenfalls in der zweiten Jahreshälfte entschieden werde.

Null Risiko gibt es nicht – auch nicht bei Nanomaterialien Dass der Forschungsbedarf im Bereich Nanosicherheit immens ist, betonten auch etliche andere Teilnehmer der Swiss NanoConvention 2007. «Die Wissenslücken sind zum Teil enorm und müssen möglichst schnell geschlossen werden», sagte etwa Helmut Horn von der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg und vom Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland BUND.

Eine 100%-ige Sicherheit wird jedoch auch dies nicht liefern – denn die gibt es in keinem Bereich unseres Lebens. Daher müsse man sich am Beispiel der Nanotechnologie unter anderem die Frage stellen, wie man als Gesellschaft mit Unsicherheit umgeht, erklärte der Empa-Forscher Lorenz Hilty. «Wir werden stets schneller darin sein, neue Technologien zu entwickeln, als diese auf sämtliche Auswirkungen zu untersuchen. Wir werden also lernen müssen, in und mit dieser Unsicherheit zu leben.»

Die Nanotechnologie unterscheidet sich in diesem Punkt nicht von anderen innovativen Technologien der Vergangenheit. Gemäss Arie Rip von der Universität Twente riefen neue Technologien immer die gleichen gegensätzlichen Reaktionen hervor: Begeisterung und Ablehnung. «Das hat mit ihrer Neuheit zu tun; die neuen, unbekannten Technologien treten an die Stelle einer etablierten Ordnung. Und das kann man entweder begrüssen oder ablehnen», so der niederländische Experte für Technologiefolgenabschätzung.
«Einwanderer» aus dem Zwergenland Den Ursprung der Technikfeindlichkeit ortete der deutsche Philosoph Peter Sloterdijk bei seinem «Kollegen» Jean-Jaques Rousseau, dessen «Zurück zur Natur» Sloterdijk ein «Vorwärts zur Technik» entgegenhielt.

«Der Mensch ist von vorneherein nur als Homo technologicus zu verstehen, er war immer schon ein technisches Tier und wird es immer bleiben.» Somit sei eine Rückkehr in die von Rousseau romantisch verklärte Natur gar nicht möglich.
Zudem verkörpere die Nanotechnologie ein gänzlich neues Technikmodell. «Die Nanotechnologie ist sehr naturnah, da sie auf biomimetischen Verfahren aufbaut, die Natur also gleichsam nachahmt. Demgegenüber standen praktisch alle Techniken davor der Natur gewissermassen gegenüber», so Sloterdijk.

Nichtsdestotrotz müsse man sich wie bei jeder Technologie genau überlegen, ob man den technologischen Errungenschaften – oder «Einwanderern», wie Sloterdijk sie zur Veranschaulichung nannte – Gastrecht gewähre oder nicht. «Unser Auto haben wir quasi naturalisiert. Das schläft bereits in unseren Häusern.» Bei der Nanotechnologie, den «Einwanderern aus dem Zwergenland», stehe uns die Entscheidung noch bevor.

Diese Entscheidung muss im gesellschaftlichen Dialog gefunden werden, auch darüber herrschte weitgehend Einigkeit. Arie Rip bestätigte, dass man seitens der Wissenschaftler aus früheren Erfahrungen gelernt habe. «Im Vergleich zu vor rund 20 Jahren, als die Biotechnologie eingeführt wurde, hat der Bereich Technologie und Gesellschaft ein deutlich stärkeres Gewicht.» In vielen Ländern würde aktiv der Dialog mit der Bevölkerung gesucht, so etwa in Grossbritannien mit der «NanoJury» oder hier zu Lande mit dem vom Zentrum für Technologiefolgen-Abschätzung TA-SWISS durchgeführten «publifocus Nanotechnologie».

Über mangelnden Gesprächsstoff brauchten sich die Teilnehmer der NanoConvention also nicht zu beklagen. Nun müsse der Dialog auch ausserhalb des Kursaals Bern weitergeführt werden, findet Empa CEO Louis Schlapbach. «Die Empa wird hier auch weiterhin aktiv bleiben, genauso wie auf den Gebieten der Nanotechnologie und der Nanosicherheitsforschung.» Die disziplinenübergreifende Plattform, welche die Swiss NanoConvention 2007 den Teilnehmenden bot, kam jedenfalls erneut gut an; bereits wurden Stimmen laut, die eine Neuauflage forderten. «Diesem Wunsch werden wir zu gegebener Zeit gerne nachkommen», so Schlapbach.