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10 Wege wie Nanotechnologie unser Leben beeinflusst

Nanotechnologie ist heutzutage ein gängiges Wort, aber viele von uns erkennen nicht, welche erstaunlichen Auswirkungen sie auf unser tägliches Leben hat. Nach Angaben der United States National Nanotechnology Initiative ist Nanotechnologie „Wissenschaft, Technik und Technologie, die auf der Nanoskala durchgeführt werden, die etwa 1 bis 100 Nanometer beträgt“. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter oder 10-9 Meter. Zum Vergleich: Ein Zeitungsblatt ist etwa 100.000 Nanometer dick. Wissenschaftler entdecken, dass sich Atome und Moleküle auf der Nanoskala unterschiedlich verhalten.

Es ist auch ein schnell expandierendes Gebiet. Wissenschaftler und Ingenieure haben großen Erfolg bei der Herstellung von Materialien im Nanobereich, um die Vorteile verbesserter Eigenschaften wie höhere Festigkeit, geringeres Gewicht, höhere elektrische Leitfähigkeit und chemische Reaktivität im Vergleich zu ihren Äquivalenten im größeren Maßstab zu nutzen.

Nachfolgend finden Sie 10 Möglichkeiten, wie die Nanotechnologie unser tägliches Leben beeinflusst

  1. Schnellere, kleinere und leistungsfähigere Computer, die viel weniger Strom verbrauchen, mit langlebigeren Batterien. Schaltungen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen könnten für die Aufrechterhaltung des Wachstums der Computerleistung von entscheidender Bedeutung sein, damit das Moore’sche Gesetz fortgesetzt werden kann.
  2. Schnellere, funktionellere und genauere medizinische Diagnosegeräte. Die Lab-on-a-Chip-Technologie ermöglicht Point-of-Care-Tests in Echtzeit, was die medizinische Versorgung beschleunigt. Nanomaterialoberflächen auf Implantaten verbessern den Verschleiß und widerstehen Infektionen.
  3. Nanopartikel in pharmazeutischen Produkten verbessern ihre Aufnahme im Körper und erleichtern ihre Abgabe, oft durch kombinierte Medizinprodukte. Nanopartikel können auch verwendet werden, um Chemotherapeutika an bestimmte Zellen, wie z.B. Krebszellen, zu liefern.
  4. Verbesserte Kraftstoffeffizienz und Korrosionsbeständigkeit des Fahrzeugs durch den Bau von Fahrzeugteilen aus Nanokompositmaterialien, die leichter, stärker und chemischer beständiger sind als Metall. Nanofilter entfernen fast alle luftgetragenen Partikel aus der Luft, bevor sie die Brennkammer erreicht, was die Gaslaufleistung weiter verbessert.
  5. Nanopartikel oder Nanofasern in Geweben können die Flecken-, Wasser- und Flammwidrigkeit verbessern, ohne dass das Gewicht, die Dicke oder die Steifigkeit des Gewebes signifikant zunehmen. So machen beispielsweise „Nano-Whisker“ an Hosen diese widerstandsfähig gegen Wasser und Flecken.
  6. Wasserfilter, die nur 15-20 Nanometer breit sind, können Partikel in Nanogröße entfernen, darunter praktisch alle Viren und Bakterien. Diese kostengünstigen, tragbaren Wasseraufbereitungssysteme sind ideal, um die Qualität des Trinkwassers in Schwellenländern zu verbessern.
  7. Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben eine Vielzahl kommerzieller Anwendungen, einschließlich der Herstellung von Sportgeräten, die stärker und leichter sind. So biegt sich beispielsweise ein Tennisschläger aus Carbon-Nanoröhren beim Aufprall weniger stark und erhöht die Kraft und Genauigkeit der Lieferung. Nanopartikel-behandelte Tennisbälle können doppelt so lange hüpfen wie Standard-Tennisbälle.
  8. Die meisten Sonnenschutzmittel bestehen heute aus Nanopartikeln, die Licht effektiv absorbieren, einschließlich des gefährlicheren ultravioletten Bereichs. Sie verteilen sich auch leichter über die Haut. Dieselben Nanopartikel werden auch in Lebensmittelverpackungen verwendet, um die UV-Belastung zu reduzieren und die Haltbarkeit zu verlängern.
  9. Viele Getränkeflaschen bestehen aus Kunststoffen, die Nanoton enthalten, der die Beständigkeit gegen die Permeation durch Sauerstoff, Kohlendioxid und Feuchtigkeit erhöht. Dies trägt dazu bei, die Karbonisierung und den Druck aufrechtzuerhalten und verlängert die Haltbarkeit um mehrere Monate.
  10. Dank der Nanotechnologie kann eine Vielzahl von chemischen Sensoren programmiert werden, um eine bestimmte Chemikalie mit erstaunlich niedrigen Werten zu erkennen, z.B. ein einzelnes Molekül aus Milliarden. Diese Fähigkeit ist ideal für Überwachungs- und Sicherheitssysteme in Labors, Industrieanlagen und Flughäfen. Auch in der Medizin können Nanosensoren eingesetzt werden, um bestimmte Zellen oder Substanzen im Körper genau zu identifizieren.

Ein Blick in die Zukunft

Dies sind nur einige der Tausenden von Möglichkeiten, wie die Nanotechnologie die Gesellschaft beeinflusst. Wichtige Errungenschaften der Nanotechnologie scheinen fast täglich angekündigt zu werden. So haben Forscher der George Washington University beispielsweise einen Weg gefunden, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu ziehen und in hochergiebige Kohlenstoff-Nanofasern umzuwandeln, die in der Produktion eingesetzt werden können.

„Solche Nanofasern werden für die Herstellung von starken Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen verwendet, wie sie beispielsweise im Boeing Dreamliner, aber auch in High-End-Sportgeräten, Windturbinenblättern und einer Vielzahl anderer Produkte verwendet werden“, sagt Chemieprofessor Stuart Licht, der das Forschungsteam leitete.

Der Prozess wird durch ein Hybridsystem aus Solarzellen und einem thermischen Energiekollektor angetrieben, der sehr wenig Energie verbraucht. Licht schätzt, dass, wenn der Prozess so skaliert würde, dass er ein physikalisches Gebiet von weniger als 10 Prozent der Größe der Sahara-Wüste abdeckt, er innerhalb eines Jahrzehnts das Kohlendioxid in der Atmosphäre auf vorindustrielles Niveau reduzieren würde.

Auf die Frage nach dem größten Potenzial der Nanotechnologie zur Verbesserung des Zustands der Welt antwortete Markus Antonietti, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, es sei die Reinigung von Luft und Wasser.

„Die Technologie existiert bereits, um die Atmosphäre zu fixieren“, sagt er. „Aber es muss auch ein Schwerpunkt auf Bildung und Information der breiten Öffentlichkeit gelegt werden. Die meisten Menschen wissen noch immer nichts über diese Technologien. Das Beste daran ist, dass all dies sofort passieren könnte, wenn wir die Informationen einfach in verständlicher Weise verbreiten. Die Leute lesen keine wissenschaftlichen Zeitschriften, also wissen sie nicht einmal, dass all das möglich ist.“

Aktuelle Anwendungen der Nanotechnologie

Wie wird die Nanotechnologie aktuell in Lebensmittelindustrie angewendet? Hier gibt es einige Beispiele, die zu nennen sind!

Ton-Nanokompositen zum Beispiel werden verwendet, um eine undurchlässige Barriere gegen Gase wie Sauerstoff oder Kohlendioxid in leichten Flaschen, Kartons und Verpackungsfolien zu bilden.

Lagerbehälter werden mit in den Kunststoff eingebetteten Silber-Nanopartikeln hergestellt. Die silbernen Nanopartikel töten Bakterien aus allen Materialien, die zuvor in den Behältern gelagert wurden, und minimieren so die Gesundheitsrisiken durch schädliche Bakterien.

Lebensmittelwissenschaften: Nanotechnologie Anwendungen in der Entwicklung

Forscher der Technischen Universität München haben ein Verfahren demonstriert, mit dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf flexible Kunststoffoberflächen gesprüht werden, um Sensoren herzustellen. Die Forscher glauben, dass dieses Verfahren kostengünstige Sensoren auf Oberflächen wie der Kunststofffolie, die Lebensmittel umhüllt, herstellen könnte, so dass der Sensor verdorbene Lebensmittel erkennen könnte.

Forscher verwenden Silikat-Nanopartikel, um eine Barriere gegen Gase (z.B. Sauerstoff) oder Feuchtigkeit in einer Kunststofffolie für Verpackungen zu schaffen. Dies könnte die Gefahr des Verderbens oder Austrocknens von Lebensmitteln verringern.

Zinkoxid-Nanopartikel können in Kunststoffverpackungen eingearbeitet werden, um UV-Strahlen zu blockieren und gegen Bakterien zu schützen, während gleichzeitig die Festigkeit und Stabilität der Kunststofffolie verbessert wird.

In einer Verpackungsanlage werden Nanosensoren entwickelt, die Bakterien und andere Verunreinigungen wie Salmonellen nachweisen können. Dies ermöglicht häufige Tests zu wesentlich geringeren Kosten als die Versendung von Proben an ein Labor zur Analyse. Diese Point-of-Verpackungsprüfung hat bei sachgemäßer Durchführung das Potenzial, die Wahrscheinlichkeit, dass kontaminierte Lebensmittel in die Regale der Lebensmittelgeschäfte gelangen, drastisch zu verringern.

Es wird auch an der Entwicklung von Nanokapseln gearbeitet, die Nährstoffe enthalten, die freigesetzt werden, wenn Nanosensoren einen Vitaminmangel in Ihrem Körper erkennen. Im Allgemeinen könnte diese Forschung zu einem Super-Vitaminspeichersystem in Ihrem Körper führen, das die Nährstoffe liefert, die Sie benötigen, wenn Sie sie brauchen.

„Interaktive“ Lebensmittel werden entwickelt, die es Ihnen ermöglichen würden, den gewünschten Geschmack und die gewünschte Farbe zu wählen. Nanokapseln, die Geschmacks- oder Farbverstärker enthalten, sind in das Lebensmittel eingebettet; sie sind inert, bis ein hungriger Verbraucher sie auslöst. Die Methode wurde nicht veröffentlicht, daher wird es interessant sein zu sehen, wie dieser spezielle Trick durchgeführt wird.

Forscher arbeiten auch an Pestiziden, die in Nanopartikeln verkapselt sind, die nur Pestizide im Magen eines Insekts freisetzen und so die Kontamination der Pflanzen selbst minimieren.

Eine weitere Entwicklung, die durchgeführt wird, ist ein Netzwerk von Nanosensoren und Dispensern, die in einem landwirtschaftlichen Feld eingesetzt werden. Die Sensoren erkennen, wann eine Pflanze Nährstoffe oder Wasser benötigt, bevor es Anzeichen für einen Mangel an der Pflanze gibt. Die Dispenser geben dann bei Bedarf Dünger, Nährstoffe oder Wasser ab und optimieren so das Wachstum jeder Pflanze auf dem Feld.