Im kleinen Ganzen

Vom Hype zum Boom: Nanotech-Forschung wird heute im ganzen Land betrieben. Die Geburtsstätte ist das IBM-Forschungszentrum in Rüschlikon.

Durch das Rastertunnel-Mikroskop gesehen: Hochpräzise Kleinst-Schaltung aus Nickel.

Durch das Rastertunnel-Mikroskop gesehen: Hochpräzise Kleinst-Schaltung aus Nickel. Bild: Keystone

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Heute wird das neue Nanotech-Zentrum in Rüschlikon eröffnet, eines der modernsten Laborgebäude der Schweiz. Fast 400 Wissenschaftler der IBM und ETH werden mit modernsten Mitteln und Methoden die Möglichkeiten der Nanotechnologie erforschen. Das Gebäude besticht durch sechs sogenannte Noise-Free-Labs unter dem Boden, in denen die Werkstoffe vollkommen störungsfrei erforscht und bearbeitet werden können.

An gleicher Wirkungsstätte wurde vor 30 Jahren auch der Grundstein für die Nanotech-Forschung gelegt. 1981 haben die IBM-Forscher Heinrich Rohrer und Gerd Binnig das Rastertunnel-Mikroskop entwickelt. Die beiden Forscher wurden 1986 für ihre Erfindung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Mit dem Mikroskop stiessen die Forscher in eine Welt vor, die vorher nur theoretisch fassbar war: das Reich der Atome und Moleküle. Die Nanotechnologie befasst sich mit Dingen, die 100 Nanometer und kleiner sind. Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Ein einzelnes Atom misst etwa 0,1 Nanometer im Durchmesser, ein aus mehreren Atomen bestehendes Molekül etwa 1 bis 2 Nanometer. Doch das Rastertunnel-Mikroskop machte die Zwergenwelt (griechisch Nano = Zwerg) nicht nur sichtbar, sondern ermöglichte den Forschern auch, einzelne Moleküle gezielt zu manipulieren.

Vieles ist noch rätselhaft

Wichtig ist die Nanotechnologie in erster Linie in der Werkstoffchemie und in der Materialwissenschaft. Jedoch: «Nanotechnologie ist eine Querschnittstechnologie, die in alle Bereiche ausstrahlt», sagt Empa-Forscher Pierangelo Groening, Departementsleiter «Moderne Materialien, Oberflächen und Grenzflächen». Vieles ist noch rätselhaft, denn in diesen kleinen Dimensionen kommen auch die Gesetze der Quantenphysik zur Geltung, die immer wieder Überraschungen bereit halten, aber auch Möglichkeiten eröffnen.

Wurde die Nanotechnologie vor einigen Jahren noch als Hype betitelt, hat sie heute endgültig Fuss gefasst, sowohl in der Forschung als auch in der Industrie. Gemäss einer kürzlich veröffentlichten Studie von ETH-Ökonomen um Andrew McGibbon und Roman Boutellier haben in der Schweiz rund 140 Institute, Firmen und Einzelpersonen insgesamt 350 Erfindungen auf der Basis von Nanotechnologien patentiert. Die meisten dieser Erfindungen, nämlich 22 Prozent, betrafen Chemikalien, 20 Prozent entfielen auf Pharmazeutika, 17 Prozent auf Messinstrumente und 10 Prozent auf elektronische Komponenten.

Nanotechnologie auch für die Medizin bedeutend

Aber auch im Bereich von medizinischen Anwendungen (6 Prozent), Bürogeräten und Computern, optischen Instrumenten und in der Telekommunikation (je 3 Prozent) spielt die Nanotechnologie eine wichtige Rolle. Weltweit sind gemäss einer Schätzung bereits über 1000 Nanomaterialien im Einsatz – das reicht von Silberoxiden in Textilien über Titandioxid in der Sonnencreme bis zu den Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die als Werkstoff stabiler als Stahl sind und trotzdem viel leichter. Sie werden zum Beispiel in Autopneus eingebaut, um deren Abrolleigenschaften zu verbessern.

Forscher und Unternehmen erhoffen sich noch viele weitere Fortschritte, zum Beispiel sehr präzise Geräte für die medizinische Diagnostik oder Nanopartikel mit noch besseren Eigenschaften. Kohlenstoff-Nanoröhrchen etwa könnten je nach Röhrchenstruktur als Isolator, Halbleiter oder metallischer Leiter funktionieren. Daraus erhofft sich die Elektronikindustrie kleinere, bessere und günstigere Bauteile wie Transistoren, Kondensatoren oder Displays. «An allen Hochschulen gibt es heute Forschungsgruppen, die mit dieser Technologie arbeiten», sagt Empa-Forscher Groening. An seiner Heiminstitution sind laut Groening rund 150 bis 200 Forscher im Nanobereich tätig – von der Oberflächenbehandlung über medizinische Anwendungen bis zur Biochemie. «Mittlerweile haben Dreiviertel aller Projekte in der Materialforschung an der Empa einen Nanoansatz.» Für IBM steht auch im neuen Nanotechnology Center die Weiterentwicklung der Mikroelektronik im Vordergrund. Doch mit der Zusammenarbeit mit der ETH und der Empa wird der Fächer auch in Rüschlikon ausgeweitet werden.

Erstellt: 16.05.2011, 20:10 Uhr

Der emeritierte Professor für Anatomie an der Uni Bern, Peter Gehr, ist Präsident der Leitungsgruppe des NFP 64, das Chancen und Risiken der Nanomaterialien untersucht.

Nanotechnologie

Forschungszentren in der Schweiz

IBM Rüschlikon ist nicht das einzige Nanotech-Megaprojekt in der Schweiz. Weitere wichtige Player:

CSEM Neuenburg: Privates Forschungs-institut mit Beteiligung der ETH Lausanne. Der hochmoderne Neubau für 600 Forscher wird 2013 eingeweiht. Stark in der Entwicklung von präzisen Nanowerkzeugen.
Swiss Nanoscience Institute (SNI),
Universität Basel: Rund 200 Wissenschaftler erforschen die Grundlagen der Nanowelt und mögliche Anwendungen.
Empa: Die Eidgenössische Materialprüfungsanstalt ist traditionellerweise stark in der Material- und Oberflächen-Technologie. Einbezug der Risikoforschung.
ETH Zürich: Fast 50 Forschungsgruppen haben sich zur Mikro- und Nanowissenschaftsplattform zusammengetan. Schwerpunkt: Entwicklung neuer Nanopartikel.
ETH Lausanne: Mehrere Institute betreiben an der ETH Lausanne Spitzen-Nanotech-forschung. Das frisch renovierte Center for Micronanotechnology CMI stellt den über 300 Forschern Infrastruktur und Reinräume unterschiedlichen Grades rund um die Uhr zur Verfügung.
Paul-Scherrer-Institut (PSI): Im Laboratory for Micro- and Nanotechnology sind rund 50 Wissenschaftler vorwiegend in der Grundlagenforschung tätig.
Adolphe-Merkle-Institut, Universität Freiburg: Im 2008 gegründeten Institut arbeiten etwa 50 Wissenschaftler, später sollen es 160 Mitarbeiter werden. Fokussierung auf weiche Materialien, z. B. Polymerbeschichtungen und Gelierungsprozesse. Fachhochschulen: Stark in Nanotechnologien sind die Fachhochschule Ostschweiz in Buchs und die Zürcher Hochschule für ange-wandte Wissenschaften in Wädenswil. (TA)

NFP 64

Insgesamt 18 Projekte

Das Nationale Forschungsprogramm 64 hat Anfang Jahr seine Arbeit aufgenommen. Die mit insgesamt 12 Millionen Franken geförderten Projekte sollen die Lücken im gegenwärtigen Wissen über Nanomaterialien schliessen. Ziel ist es, dass die mit der Produktion, dem Gebrauch und der Entsorgung von Nanomaterialien verbundenen Chancen und Risiken für Mensch und Umwelt besser verstanden werden. Das NFP 64 besteht aus 18 Projekten, die sich auf drei Module verteilen. Während das erste Modul sich mit biomedizinischen Nanomaterialien befasst, behandelt das zweite die Wirkung von Nanopartikeln auf die Umwelt. Das dritte Modul untersucht Entwicklung und Verwendung von Nanomaterialien in Bereichen wie dem Bauwesen. Später sollen auch Projekte aus dem Bereich Nahrungsmittel und Verpackungen und andere Konsumgüter mit einbezogen werden. (TA)

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