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Nanotechnologie
Kleinste Teilchen mit großem Potenzial

| 3
1 Allgemeine Informationen
.........................................................................................................................................................................5
1.1 Was ist Nanotechnologie? ...................................................................................................................................................................5
1.2
Was sind Nanopartikel und Nanomaterialien? .............................................................................................................................5
1.3 Kommen Nanopartikel in der Natur vor? .......................................................................................................................................7
1.4 Was ist das Besondere an Nanopartikeln? ...................................................................................................................................7
1.5 Wie werden Nanopartikel hergestellt? ............................................................................................................................................8
1.6
Was hat der Lotuseffekt mit Nanotechnologie zu tun? ............................................................................................................8
2 Welche Nanomaterialien und Nanopartikel gibt es und wo werden sie eingesetzt?
...................................................10
2.1 Nanosilber ...............................................................................................................................................................................................11
2.2 Titandioxid .............................................................................................................................................................................................12
2.3 Nanoröhren aus Kohlenstoff ...........................................................................................................................................................13
2.4 Zinkoxid ..................................................................................................................................................................................................14
2.5 Eisen / Eisenoxid ..................................................................................................................................................................................14
2.6 Aluminiumoxid .....................................................................................................................................................................................15
2.7
Nanotechnologie in Lebensmitteln und Lebensmittelverpackungen ................................................................................. 15
3 Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt
.....................................................................................................................16
3.1
Wo kommen wir mit Nanopartikeln in Berührung? ................................................................................................................ 17
3.2 Wie gelangen Nanopartikel in den menschlichen Organismus und was bewirken sie? ............................................ 19
3.3
Von welchen Produkten könnte eine gesundheitliche Gefährdung ausgehen? ............................................................. 20
3.4
Konnten bereits durch Nanopartikel verursachte Gesundheitsschäden nachgewiesen werden? ............................ 20
3.5
Wie gelangen die Nanopartikel in die Umwelt? ........................................................................................................................ 23
3.6
Welche Auswirkungen auf die Umwelt sind bereits bekannt? ............................................................................................. 23
4 Forschung und Entwicklung – Ein Blick in die Zukunft
........................................................................................................... 24
4.1 Welche Fragen sind noch offen? ....................................................................................................................................................25
4.2
Welche Perspektiven und Chancen gibt es? ............................................................................................................................... 25
4.3
Wo findet Forschung zur Nanotechnologie im Freistaat Sachsen statt? ......................................................................... 26
5 Rechtliche Bestimmungen
.......................................................................................................................................................................28
5.1
Welche gesetzlichen Regelungen für Nanomaterialien gibt es? ......................................................................................... 29
5.2 Wie werden Produkte, die Nanomaterialien enthalten, gekennzeichnet? ....................................................................... 29
5.3
Wie erkennt man, ob Produkte Nanomaterialien enthalten? ............................................................................................... 29
6 Fachwörterverzeichnis
...............................................................................................................................................................................30
7 Quellenverzeichnis
.......................................................................................................................................................................................31
Inhalt

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4 |
Vorwort
Sehr geehrte Damen und Herren,
vor circa 50 Jahren legte der amerikanische Physiker Richard Feynman mit seinem Vortrag
,,There is Plenty of Room at the Bottom“, auf Deutsch: ,,Da unten ist eine Menge Platz“, den
Grundstein für die Nanotechnologie. Obwohl ultrafeine Partikel schon in der Antike beispiels-
weise als Farbpigmente oder Füllstoffe verwendet wurden, erfolgte die Prägung des Begriffs
,,Nanotechnologie“ erst in den 1970er Jahren des letzten Jahrhunderts. Seitdem nimmt der
Einsatz von synthetisch hergestellten Nanoprodukten in der lndustrie, der Medizin sowie im
technischen Umweltschutz stark zu.
Heute haben sich die Begriffe ,,Nano“ und ,,Nanotechnologie“ fest in unserem Sprachgebrauch
etabliert. Doch was ist Nanotechnologie überhaupt? ln welchen Produkten kommen Nanoteil-
chen vor? Gehen Gefahren von Nanoteilchen aus und müssen Vorkehrungen zum Schutz von
Mensch und Umwelt getroffen werden? Die Nanotechnologie eröffnet vielseitige Möglichkei-
ten, um die Energie- und Ressourceneffizienz zu verbessern und die Umwelt von problema-
tischen Substanzen zu entlasten. Aber jede neue Technologie beinhaltet nicht nur Chancen,
sondern ist auch mit Risiken behaftet. Aus diesem Grund bedarf es, unter Beachtung des Vor-
sorgeprinzips, eines verantwortungsvollen Umgangs mit der Nanotechnologie.
Die vorliegende Broschüre gibt einen Überblick über die Welt der winzigen, sogenannten
nanoskaligen Teilchen und ihre Anwendungen und geht darüber hinaus auf noch offene
Fragen, Perspektiven und Chancen dieser Zukunftstechnologie ein.
Frank Kupfer
Sächsischer Staatsminister für Umwelt und Landwirtschaft

| 5
Diese lautet wie folgt:
„Nanomaterial“ ist ein natürliches, bei
Prozessen anfallendes oder hergestelltes
Material, das Partikel in ungebundenem
Zustand, als Aggregat oder als Agglomerat
enthält, und bei dem mindestens 50 % der
Partikel in der Anzahlgrößenverteilung ein
oder mehrere Außenmaße im Bereich von
1 nm bis 100 nm haben.*
Nanopartikel weisen aufgrund ihrer geringen
Größe oft völlig neuartige Eigenschaften auf.
1
Allgemeine Informationen
1.1 Was ist Nanotechnologie?
Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für eine
Reihe von Technologien, die sich mit Struktu-
ren, Materialien und Prozessen im Nanometer-
bereich befassen. Dabei werden Chemie, Physik,
Biologie und Ingenieurwissenschaften mit-
einander verknüpft. Es handelt sich nicht um
einen abgrenzbaren Bereich der Naturwissen-
schaften, sondern vielmehr um eine interdiszi-
plinäre Wissenschaft. Das Wort „nano“ stammt
aus dem Griechischen und kann mit dem Wort
„Zwerg“ oder „zwergenhaft“ übersetzt werden.
Ein Nanometer (nm) entspricht dem milliards-
ten Teil eines Meters (10
-9
m).
Um eine Vorstellung zu bekommen, wie klein
ein Nanometer ist, lässt sich folgender Grö-
ßenvergleich anstellen: Die Größe eines Na-
nopartikels verhält sich zu der eines Fußballs
ungefähr so wie der Fußball zur Erdkugel.
1.2 Was sind Nanopartikel und
Nanomaterialien?
Im Oktober 2011 wurde von der Europäischen
Kommission eine Empfehlung für die Defini-
tion von Nanomaterialien veröffentlicht.
Ein Nanopartikel verhält sich in der Größe zu einem
Fußball wie der Fußball zur Erdkugel
*Quelle: Amtsblatt der Europäischen Union, EMPFEHLUNG DER KOMMISSION vom 18. Oktober 2011 zur Definition von Nanomaterialien, L 275/38

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6 |
Im Bausektor werden dem Verputz manchmal
Nanopartikel beigemischt
6 |

| 7
Der Begriff Nanomaterial wird häufig als Sam-
melbegriff für verschiedene Strukturen ver-
wendet:
k
ugelförmige Struktur:
Nanoteilchen bzw. Nanopartikel sind in
allen drei Dimensionen nanoskalig.
faserförmige Struktur:
Nanofasern weisen zwei nanoskalige und
eine größere Dimension auf.
extrem dünne Schichten:
Nanoplättchen, wobei eine Dimension im
nanoskaligen Bereich liegt, die beiden an-
deren Dimensionen sind deutlich größer.
Zu den Nanomaterialien werden auch Mate-
rialien gerechnet, die eine innere nanoskalige
Struktur besitzen. Häufig handelt es sich da-
bei auch um Verbundsysteme, sogenannte
Aggregate oder Agglomerate, aus Nanopar-
tikeln, -stäbchen oder -plättchen.
Zur Vereinfachung werden in dieser Broschüre
nur die Begriffe Nanomaterial, Nanoteilchen
bzw. Nanopartikel verwendet.
1.3 Kommen Nanopartikel in der
Natur vor?
Neben den vom Menschen synthetisch herge-
stellten Nanopartikeln gibt es auch natürliche
Vorkommen. So konnten im Boden Nanoparti-
kel in Form von Mineralien (Semktit, Allophan)
nachgewiesen werden. Auch Vulkanausbrüche
und Waldbrände setzen Nanopartikel frei. Die
dadurch verursachten Luftverunreinigungen
sind u. a. auf nanoskalige Partikel in Form von
Ruß, Staub oder Aerosole zurückzuführen.
Aber auch vom Menschen (anthropogen)
verursachte Nanopartikel kommen in unserer
Umwelt vor. Beispielsweise werden Nanoparti-
kel in Form von Ruß aus Industrieanlagen oder
Dieselmotoren in die Umgebungsluft freige-
setzt.
In dieser Broschüre soll ausschließlich auf
synthetisch hergestellte Nanopartikel einge-
gangen werden.
1.4 Was ist das Besondere an
Nanopartikeln?
Mit sinkendem Partikeldurchmesser nimmt die
Oberfläche im Verhältnis zum Volumen zu.
Wenn man zum Beispiel einen Würfel eines
bestimmten Stoffes mit einer Kantenlänge von
1 µm untersucht, weist dieser die gleichen
physikalischen Eigenschaften auf wie ein Wür-
fel mit einer Kantenlänge von 1 m. Betragen die
Abmessungen des Stoffes dagegen nur wenige
Nanometer, können dadurch zum Teil drasti-
sche Veränderungen der Materialeigenschaften
erzeugt werden.
Aluminium beispielsweise ist als grobes Pulver
harmlos. Wenn man jedoch Aluminium auf die
Größe eines Nanoteilchens reduziert, wird Alu-
minium sehr reaktionsfreudig und hochexplosiv.
Lange Zeit war der Wissenschaft nicht klar,
warum die physikalischen Eigenschaften ei-
nes Stoffes von der Oberfläche abhängig sind.
Heute weiß man, dass sich bei einem Material
mit einer Kantenlänge von 1 nm viele Atome
außen am Rand, also an der Oberfläche des Ma-
terials, befinden. Die Atome an der Oberfläche
des Stoffes weisen andere Eigenschaften auf
als die Atome im Inneren. Es kommen bei klei-
nen Teilchen verstärkt oder ausschließlich die
Eigenschaften der Atome zum Tragen, die sich
an der Oberfläche befinden. Dadurch wird eine
Veränderung der physikalischen Eigenschaften
hervorgerufen.
Unterschiede in der Oberfläche bei gleichem Volumen*
*Quelle: Dr. Kühnel UFZ

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8 |
1.5 Wie werden Nanopartikel hergestellt?
Grundsätzlich kann zwischen zwei Herstel-
lungsverfahren, dem „Bottom-Up“- und dem
„Top-Down“-Verfahren unterschieden wer-
den. Das „Bottom-Up“-Verfahren umfasst
chemisch-physikalische Methoden, mit de-
nen aus vielen kleinen Teilstücken eine deut-
lich größere Struktur im Nanobereich aufge-
baut wird. „Bottom-Up“-Methoden nutzen
die Grundsätze der Selbstorganisation von
Atomen, Molekülen und Nanokristallen. Da-
bei ordnen sich Atome und Moleküle wie von
selbst in bestimmten Strukturen an, die für
sie energetisch günstig sind. Unter Nutzung
dieser Eigenschaften können Nanopartikel
zum Beispiel durch Ausflockung (Fällung)
von Feststoffen aus Flüssigkeiten, die Metall-
ionen enthalten, hergestellt werden.
Ein anderer Weg zur Gewinnung von Nano-
materialien sind sogenannte Gasphasenpro-
zesse (Aerosolprozesse). Dabei werden aus
Gasen und Dämpfen mittels physikalisch-
chemischer Methoden flüssige oder feste
Nanopartikel abgeschieden.
Das Gegenstück zum „Bottom-Up“-Verfahren
ist das „Top-Down“-Verfahren. Hier werden
größere Objekte mit mechanisch-physikali-
schen Methoden so verändert und verklei-
nert, dass Strukturen im nanoskaligen Bereich
entstehen. Es gibt mehrere Möglichkeiten,
das „Top-Down“-Verfahren in die Praxis um-
zusetzen. Bei der mechanischen Herstellung
werden Mikropartikel durch Mahlen zu Na-
nopartikeln zerkleinert. Die Prägung mit Hil-
fe eines nanostrukturierten Stempels ist ein
weiteres Herstellungsverfahren. Dabei wird
aus einem sehr harten Material das Negativ
des gewünschten Nanomusters geformt. Die-
ser Stempel wird in die zu prägende Oberflä-
che gedrückt und hinterlässt das Muster im
Nanoformat. Anwendung findet diese Me-
thode – auch als Nanoprägelithographie be-
zeichnet – zum Beispiel bei der Herstellung von
elektronischen Bauteilen wie Schaltkreisen.
1.6 Was hat der Lotuseffekt mit Nano-
technologie zu tun?
Wasser perlt in Tropfen von einem Lotusblatt
ab. Doch wie kommt es dazu und was hat das
mit Nanotechnologie zu tun?
Lange Zeit wurde vermutet, dass die Oberflä-
che des Lotusblattes sehr glatt sein muss, um
diesen Effekt zu erzielen. Doch genau das Ge-
genteil ist der Fall. Bei der Lotuspflanze liegt
die Beschaffenheit der Blattoberfläche im
mikro- und nanoskaligem Bereich. Die Ober-
fläche ist außerordentlich rau. Man kann es
sich auch so vorstellen, dass die Oberfläche
mit vielen kleinen „Spitzen“ überzogen ist.
Weil Wasser über eine hohe Oberflächen-
spannung verfügt, ist es immer bestrebt, die
Form einer Kugel anzunehmen. Dadurch liegt
der Wassertropfen auf den „Spitzen“ des Lo-
tusblattes auf und hat nur sehr wenig Kon-
takt zur eigentlichen Blattoberfläche. So kön-
nen die Wassertropfen sehr schnell abperlen.
Diesen Effekt macht man sich in der Nano-
technologie zu Nutze. Denn nicht nur Wasser,
sondern auch Schmutz hat bei einer nano-
skaligen Oberfläche wenig Kontakt mit der
eigentlichen Oberfläche des Materials. Wenn
ein Wassertropfen von einer nanoskaligen
Oberfläche abperlt, nimmt er die ebenfalls
darauf befindlichen Schmutzpartikel mit.
Dieser Effekt findet heute in einer Vielzahl
von Produkten Anwendung, wie zum Beispiel
in Markisen, die sich „selbst reinigen“, oder
bei Krawatten, von denen Spritzer von To-
matensauce einfach mit Wasser abgewischt
werden können.
Der Lotuseffekt lässt Textilien schmutzabweisend werden

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| 9
Der Lotuseffekt lässt Wassertropfen von der Blatt-
oberfläche abtropfen
| 9

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10 |
2
Welche Nanomaterialien und Nanopartikel
gibt es und wo werden sie eingesetzt?
Mittlerweile haben eine Reihe von Produkten, die aus Nanomaterialien bestehen, Einzug in unseren Alltag ge-
halten. Bei vielen Erzeugnissen ist kaum bekannt, dass Nanoteilchen enthalten sind. Das Spektrum reicht von
Sonnencreme über Funktionsbekleidung bis hin zu Kosmetika und funktionellen Fassadenanstrichen. In diesem
Kapitel wird ein Überblick über die am häufigsten eingesetzten Nanomaterialien und ihre Einsatzgebiete gegeben.
Nanopartikel in der Sonnencreme wirken wie
winzige Spiegel und reflektieren die UV-Strahlung
10 |
CNT
ZnO
Fe

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| 11
2.1 Nanosilber
Seit 2.000 Jahren ist die antibakterielle (keim-
tötende) Wirkung von Silber bekannt. Bereits
die alten Römer legten Silbermünzen in die
Aufbewahrungsgefäße von Milch. Durch die
minimale Auflösung des Silbers blieb die Milch
länger haltbar. Dafür sind jedoch nicht Silber-
atome verantwortlich, sondern freigesetzte
Silberionen (Ag+). Sie wirken toxisch auf Bak-
terien, Pilze und Algen.
Heute findet die keimtötende Eigenschaft des
Edelmetalls breite Anwendung. Vor allem im
medizinischen Bereich wird Nanosilber ein-
gesetzt, um medizinische Geräte keimfrei zu
halten. Dafür werden winzige Silberpartikel
auf Pinzetten, Implantate, Wundauflagen oder
Katheter aufgebracht. Durch den Kontakt mit
Flüssigkeit kommt es zur kontinuierlichen
Freisetzung der positiv geladenen Silberionen.
Diese zerstören Enzyme, destabilisieren die
Zellmembran, das Zellplasma oder die Zellwand
der Bakterien. Das führt zur Abtötung der Bak-
terien. Medizinische Geräte, die mit Nanosilber
beschichtet wurden, bleiben deshalb keimfrei.
Auch in der Textilindustrie wird Nanosilber ein-
gesetzt, um sogenannte Funktionsbekleidung
herzustellen. Dazu werden in T-Shirts oder
Socken nanoskalige Silberpartikel eingearbei-
tet, um den Schweißgeruch zu neutralisieren.
Dabei töten die Silberpartikel Mikroorganismen
ab – mit dem Ergebnis, dass verschwitzte Tex-
tilien weniger schnell riechen. Wie lange sich
jedoch das Nanosilber im Gewebe der Textilien
halten kann, ist vom Herstellungsprozess und
den Waschvorgängen abhängig. Denn ein Teil
des Nanosilbers wird mit jedem Waschvorgang
aus den Textilien herausgelöst.
Vielseitige Anwendung findet Nanosilber auch
im Haushalt und im Büro. Türgriffe und Com-
putertastaturen, die mit Nanosilber beschichtet
wurden, bleiben weitgehend keimfrei.
Nano-Silberpartikel
Türgriffe werden mittels Nanosilber weitgehend
keimfrei

12 |
2.2 Nano-Titandioxid
Titandioxid (TiO
2
) ist ein sehr häufig einge-
setztes Nanomaterial.
So ist mit Titandioxid beschichtetes Flachglas
(Floatglas) dualaktiv, d. h. zwei Eigenschaf-
ten des Titandioxids werden kombiniert, um
eine selbstreinigende Wirkung zu ermögli-
chen. Die Beschichtung der Außenseite mit
Titandioxid bewirkt eine Herabsetzung der
Oberflächenspannung und verhindert so die
Tröpfchenbildung. Das Wasser verteilt sich
als dünner Wasserfilm auf der Oberfläche
und nimmt so den Schmutz beim Abfließen
auf. Diese selbstreinigenden Eigenschaften
werden durch einen fotokatalytischen Effekt
verstärkt. Die UV-Absorption der Titandioxid-
Beschichtung erzeugt aktiven Sauerstoff,
8. März 2006
10. März 2011
durch den organische Verschmutzungen
zersetzt und die Haftung des Schmutzes auf
der Oberfläche reduziert werden. Titandioxid-
Nanopartikel finden durch diese fotokatalyti-
schen Eigenschaften vor allem in Farben und
Lacken Anwendung.
Im Bausektor wird dem Verputz oder den Far-
ben für den Außenanstrich Nano-Titandioxid
beigemischt. Dadurch soll verhindert werden,
dass sich Algen, Pilze, Moose und Flechten an
feuchten Wänden festsetzen können. Auch
mit Graffitis bemalte Wände lassen sich leich-
ter reinigen.
Außerdem wird Nano-Titandioxid in Sonnen-
creme verwendet, da es als physikalischer Fil-
ter gegen die UV-Strahlung der Sonne wirkt.
Nanoskaliges Titandioxid wird auch zur Her-
stellung von organischen Farbstoffsolarzel-
len genutzt. Bei diesen wird das Licht durch
Farbstoffmoleküle absorbiert. Dabei hat Ti-
tandioxid die Funktion einer Halbleiterelek-
trode. Allerdings erreichen diese organischen
Solarzellen noch nicht die Wirkungsgrade von
konventionellen anorganischen Solarzellen
auf Silizium-Basis.
Silber
Carbon
Titan
Silikon
Zink
Gold
0
100
200
300
400
313
91
59
43
31
28
Anzahl der Produkte
Quelle: Dr. Kühnel, UFZ
Anzahl der derzeit auf dem Markt befindlichen Produkte,
die Nanomaterialien enthalten.

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| 13
Solarzellen auf Basis von nanoskaligem Titan-
dioxid bieten aber den Vorteil, dass sie flexi-
bel und nur wenige Millimeter dünn sind.
Dadurch können sie wie eine Folie gebogen und
auch transparent hergestellt werden. Normale
Fensterscheiben könnten mit dieser transpa-
renten Folie beklebt und zur Stromerzeugung
genutzt werden, ohne dass diese sichtbar ist.
Zur Zeit wird verstärkt an den organischen
Solarzellen geforscht.
2.3 Nanoröhren aus Kohlenstoff (CNT)
Die Entdeckung von „fußballartig“ angeord-
neten Kohlenstoffmolekülen, sogenannten
Fullerenen, setzte eine Vielzahl neuer techni-
scher Entwicklungen in Gang, die bereits im
täglichen Leben genutzt werden.
Durch die Entwicklung der „verlängerten“
Fullerene entstanden Nanoröhren aus Koh-
lenstoff (engl.: carbon nanotubes; CNT).
Die Kohlenstoffatome der Nanoröhren sind
ringförmig angeordnet und bilden einen
Hohlzylinder. Im Durchmesser misst der Hohl-
zylinder nur wenige Nanometer, aber die
Länge kann mehrere Millimeter betragen.
Nanoröhren aus Kohlenstoff weisen interes-
sante physikalische Eigenschaften auf. CNT
sind elastisch, leicht, extrem strapazierfähig
und bis zu 50-mal zugfester als Stahl.
Besonders die Elektronikindustrie macht sich
das zu Nutze, denn CNT können als Halb-
leiter oder Isolatoren fungieren. Unter an-
derem können aus Kohlenstoff-Nanoröhren
neuartige Displays, Speicher, Transistoren
oder Dioden hergestellt werden. Auch für Ak-
kus von Handys und Laptops werden bereits
Kohlenstoff-Nanoröhren genutzt. Schon ab
einer nur fünfprozentigen Beimischung von
CNT in den Akkus erhöht sich deren Lebens-
dauer deutlich. Mit Nanoröhren aus diamant-
ähnlichem Kohlenstoff werden außerdem
Fahrzeugteile, wie zum Beispiel Kolbenringe
und Kolbenbolzen, beschichtet. Durch die
sehr harte Oberflächenbeschichtung wird
die Reibung zwischen den Komponenten
verringert. Das hat wiederum eine längere
Lebensdauer der einzelnen Komponenten zur
Folge. Mit einer Verringerung der Reibung
wird auch die Energieeffizienz verbessert und
der CO
2
-Ausstoß gesenkt.
Im Freizeitbereich finden Produkte aus Koh-
lenstoff-Nanoröhren ebenfalls Verwendung,
zum Beispiel in leichten und stabilen Fahrrad-
rahmen oder Tennis-, Golf- und Hockeyschlä-
gern.
Kolbenbolzen und Kolbenringe beschichtet mit
diamantähnlichem Kohlenstoff
Seitenansicht eines Bündels aus CNTs
Schematische Darstellung eines einwandigen CNT

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14 |
2.4 Zinkoxid
Zinkoxid (ZnO) ist wie Titandioxid ein di-
rekter Halbleiter. Eine Besonderheit von
Nano-Zinkoxid ist die hohe Transparenz
im sichtbaren Wellenbereich des Lichts.
Diese Eigenschaften sind vor allem für die
Elektronikindustrie interessant. So wer-
den Leuchtdioden (LED), Flüssigbildschirme
oder Dünnschicht-Solarzellen mit Hilfe von
nanoskaligem Zinkoxid hergestellt. Weil die
extrem dünnschichtigen, aber stark struktu-
rierten und rauhen Nanobeläge aus Zinkoxid
das eintreffende Sonnenlicht reflektieren und
streuen, gelangt mehr Sonnenlicht in die Sili-
ziumschichten der Solarzellen, was wiederum
zur Steigerung des Wirkungsgrades führt.
Zudem wirkt nanopartikuläres Zinkoxid als
physikalischer Filter gegen die UV-A- und
UV-B-Strahlung der Sonne. Deshalb werden
Nanopartikel aus Zinkoxid zur Herstellung
von Sonnenschutzmitteln verwendet. Wie
kleine Spiegel reflektieren die Nanopartikel
die eintreffende Sonnenstrahlung.
2.5 Eisen / Eisenoxid
Eisen (Fe) kommt als natürliches Element
in unserer Erdkruste vor. Nanoskalige Ei-
senpartikel, sogenannte supermagnetische
Eisenoxid-Nanopartikel (SPION, superpara-
magnetic iron oxide nanoparticles), finden
hauptsächlich in der Medizin und der Um-
weltbranche Anwendung.
Die derzeit verwendeten SPION setzen sich
aus zwei Komponenten zusammen: einem
Kern aus Eisenoxid und einer Hülle, die aus
einem Polymer (Makromolekül) besteht. Die
Hüllpolymere können aus verschiedenen
chemischen Verbindungen bestehen und be-
decken die gesamte Oberfläche des nanoska-
ligen Eisenoxidpartikels. Diese Beschichtung
des Eisenoxidkernes verhindert die Agglome-
ration der Nanopartikel, reduziert die Toxizi-
tät und kontrolliert das Verhalten sowie die
Verteilung im menschlichen Körper oder in
der Umwelt.
Großes Anwendungspotenzial finden die
Nano-Eisenoxidpartikel in der Medizin. Bis-
her kamen bei der konventionellen Tumor-
behandlung starke Medikamente zum Ein-
satz – oft mit erheblichen Nebenwirkungen, da
die Stoffe meist im ganzen Körper wirken und
somit auch gesunde Zellen beeinträchtigen.
Mit Hilfe der Nanotechnologie kann Eisenoxid
zur gezielten Tumorbehandlung eingesetzt
werden. Dafür werden Nano-Eisenoxidpartikel
direkt in den Tumor oder in die Blutbahn in-
jiziert. Auf Grund ihrer geringen Größe von
rund 15 nm und der bioreaktiven Oberfläche
können die im Blut befindlichen Nanopartikel
sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden und
zur Behandlung ansonsten schlecht erreichba-
rer Hirntumore eingesetzt werden. Sobald die
nanoskaligen Eisenoxide von den Tumorzellen
aufgenommen worden sind, wird von außen
ein Magnetfeld angelegt. Die Eisenoxidpartikel
beginnen zu vibrieren und sich dabei stark zu
erwärmen. Die Tumorzelle wird dadurch an Ort
und Stelle irreversibel geschädigt. Ein Vorteil
dieser Methode ist, dass sich die umliegenden
Zellen kaum erwärmen und dadurch keinen
Schaden nehmen.
Seit einigen Jahren werden Nanomaterialien
auch in der In-situ-Grundwassersanierung ein-
gesetzt, d. h. die Sanierung erfolgt an Ort und
Stelle. Dabei wird am häufigsten elementares
Eisen als Reagenz verwendet. Nanopartikel mit
elementarem Eisen (Nano Zero Valent Iron,
NZVI) zur Dekontamination des Grundwas-
sers werden auch als „Nanoeisen“ bezeichnet.
Durch Bohrlöcher wird das Nanoeisen in Form
einer wässrigen Suspension in das kontami-
nierte Grundwasser gepumpt. Aufgrund der
großen spezifischen Oberfläche verfügt das
Nanoeisen über eine erhöhte chemische
Reaktivität. Die Schadstoffentfernung aus dem
Grundwasser erfolgt dadurch, dass das elemen-
tare Eisen Elektronen an die im Grundwasser
Schematische Darstellung eines Eisenoxidkerns,
umhüllt mit einem Polymer
Die stark strukturierte Oberfläche aus „Nano-See-
igeln“ mit „Stacheln“ aus Zinkoxid-Nanodrähten
soll die Effizienz von Solarzellen erhöhen

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| 15
2.7 Nanotechnologie in Lebensmitteln und
Lebensmittelverpackungen
Zusatzstoffe in Lebensmitteln sind in der EU
ebenso zulassungspflichtig wie Additive für
Lebensmittelverpackungen. Dies gilt auch für
nanoskalige Stoffe. Derzeit sind in Deutsch-
land keine Lebensmittel auf dem Markt, die
neuartige, vollständig künstlich erzeugte
Nano-Zutaten enthalten. Auch das viel dis-
kutierte, antibakteriell wirksame Nano-Silber
hat dafür keine Zulassung. Es gibt jedoch Le-
bensmittelzusatzstoffe, die schon seit vielen
Jahren auf dem Markt sind und unter dem
Aspekt „Nano“ neu in die Diskussion geraten
sind. So kommt in manchen pulverförmigen
Lebensmitteln, wie Kochsalz und Tütensup-
pen, Siliziumdioxid (Kieselsäure, E 551) zum
Einsatz. Es soll verhindern, dass das Pulver
verklumpt. Allerdings handelt es sich dabei
um einen bereits seit den 1970er Jahren zu-
gelassenen Zusatzstoff, der nicht nanoparti-
kulär, sondern in Form von größeren Agglo-
meraten eingesetzt wird.
Schon länger werden in der Lebensmittelin-
dustrie auch so genannte Nanokapseln ver-
wendet. In die Kapseln werden beispielsweise
Mineralstoffe oder Vitamine eingeschlossen,
damit diese wasserlöslich werden, länger
haltbar bleiben oder sich im Körper erst unter
bestimmten Bedingungen öffnen. Nanokap-
seln, auch Micellen oder Liposome genannt,
werden aus Stoffen natürlichen Ursprungs,
wie Lecithin oder Cyclodextrin, erzeugt.
Ein großes Anwendungspotenzial für die
Nanotechnologie wird im Bereich der so ge-
nannten Lebensmittelbedarfsgegenstände
gesehen. Folien, Frischhalteboxen, Kunst-
stoffflaschen oder Kunststoffverpackungen
können durch eine Beschichtung aus Nano-
Titandioxid oder Nano-Siliziumdioxid vor UV-
Strahlen geschützt werden. Ton-Nanopartikel
(Silikate) in Kunststoffen sollen die Steifheit
des Materials verbessern sowie den Gasaus-
tausch verhindern und so Lebensmittel län-
ger frisch halten. Silber und Zinkoxid können
Verpackungen und Küchengeräte weitgehend
keimfrei halten. Außerdem werden Verpa-
ckungen entwickelt, bei denen Nano-Senso-
ren signalisieren, ob die Kühlkette unterbro-
chen wurde und das verpackte Lebensmittel
verdorben ist. In Lebensmittelbedarfsgegen-
ständen aus Kunststoffen dürfen Nanopar-
tikel grundsätzlich nur dann eingesetzt wer-
den, wenn sie in der Verordnung der EU über
Kunststoffe, die in Kontakt mit Lebensmitteln
kommen (EU-Verordnung Nr. 10/2011), auf-
gelistet und demzufolge ausdrücklich zuge-
lassen sind.
befindlichen Schadstoffe abgibt, was eine
Reduktion der organischen und anorgani-
schen Schadstoffe bewirkt. Das hat zur Folge,
dass organische Schadstoffe abgebaut und
anorganische Schadstoffe, wie z. B. Schwer-
metalle, durch Fällung aus dem Grundwasser
entfernt werden. Voraussetzung für den Er-
folg dieser Technologie ist eine umfangreiche
und detaillierte Erkundung des Untergrundes.
2.6 Aluminiumoxid
Nanopartikel können die Eigenschaften von
Lacken in verschiedener Hinsicht beeinflus-
sen und verbessern. Mit einem Zusatz von
Nanopartikeln aus Aluminiumoxid (Al
2
O
3
)
kann beispielsweise die Kratz- und Abriebfes-
tigkeit von behandelten Oberflächen erhöht
werden, ohne dass andere Eigenschaften der
Lacke, wie deren Glanz und Transparenz, be-
einträchtigt werden.
Aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit
werden Aluminiumoxid-Nanomaterialien auch
im Anlagen- und Maschinenbau sowie in der
Medizin (z. B. künstliche Gelenke) eingesetzt.
Nullprobe
Mikroskopische Aufnahme von Aluminiumoxid-
Partikeln
Tumorbehandlung mittels Nanotechnologie

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16 |
3
Auswirkungen auf den Menschen und
die Umwelt
Jede neue Technologie muss auf eine mögliche Gefährdung von Gesundheit und Umwelt untersucht werden,
so auch die Nanotechnologie. Dabei gilt das Vorsorgeprinzip. Das heißt, dass bei unvollständigem Wissen über
mögliche negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt präventiv gehandelt werden muss.
Kratzfester Autolack mit fest eingebundenen
Nanopartikeln
16 |

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| 17
teilen: die fest eingebundenen und die freien
Nanoteilchen.
Fest eingebundene Nanopartikel
Viele Produkte enthalten Nanopartikel, die
fest in eine Trägersubstanz eingebettet sind
und nicht ausgewaschen oder abgerieben
werden können. Ein Beispiel dafür ist der
kratzfeste Fahrzeuglack, dem Nanopartikel
zugesetzt wurden. Die Wissenschaftler sind
sich einig, dass von diesen Produkten nur
eine sehr geringe Gefährdung für Mensch
und Umwelt ausgeht.
Freie Nanopartikel
Als problematischer erweisen sich hingegen
freie Nanopartikel oder Nanopartikel, die nur
schwach in eine Trägersubstanz eingebun-
den sind und sich daher herauslösen können.
Freie Nanopartikel werden von den Wissen-
schaftlern als bedenklich eingestuft.
3.1 Wo kommen wir mit Nanopartikeln
in Berührung?
Bei den Nanopartikeln, die fest eingebunden
sind, kann nur dann ein gesundheitliches
Risiko entstehen, wenn diese freigesetzt
werden. Das ist möglich, wenn diese Na-
noprodukte zerstört oder entsorgt werden.
Auf keinen Fall sollte an dem fertigen Pro-
dukt, wie zum Beispiel einem Fahrradrahmen
aus Carbon (bestehend aus Kohlenstoff-
Nanoröhren), gesägt oder gebohrt werden,
da sich die Nanopartikel dann frei in der Luft
verteilen und vom Menschen eingeatmet
werden können. Speziell bei Kohlenstoff-
Nanoröhren muss davon ausgegangen wer-
den, dass die freigesetzten CNT ein ähnli-
ches Verhalten wie Asbestfasern aufweisen.
Nanoröhrchen aus Kohlenstoff könnten sich
z. B. fest in der Lunge festsetzen und blei-
bende Schäden hervorrufen.
Der Einsatz in der Medizin, zum Beispiel zur
Tumorbehandlung, stellt einen weiteren Be-
rührungspunkt des Menschen mit Nanoteil-
chen dar. Hier wird aber das Gesundheits-
risiko, das von den Nanopartikeln ausgeht,
geringer eingestuft als der medizinische
Nutzen.
Auch bei der Produktion kann eine Freiset-
zung von Nanopartikeln an die Umgebungs-
luft erfolgen. Nanoteilchen können durch
unzureichende Filteranlagen in die Umwelt
gelangen. Arbeitnehmerinnen und Arbeit-
nehmer aus der Produktion können direkt
mit den Nanopartikeln in Berührung kommen
und diese bei unzureichendem Schutz einat-
men. Deswegen sind bei der Produktion be-
sondere präventive Maßnahmen erforderlich.
Durch eine geschlossene Betriebsführung
von Anlagen, in denen Nanomaterialien pro-
duziert oder verarbeitet werden, kann eine
Exposition am Arbeitsplatz weitgehend ver-
mieden werden.
Das Zersägen von Carbon (bestehend aus CNT) kann
gesundheitsschädliche Nanopartikel freisetzen
Gegenüber konventionellen Chemikalien kön-
nen Nanomaterialien mit der gleichen chemi-
schen Zusammensetzung andere biologische
Wirkungen und ein anderes Umweltverhalten
zeigen. Unstrittig ist, dass es aufgrund noch
fehlender anerkannter Methoden Schwie-
rigkeiten bei der Identifizierung und Risi-
kobewertung möglicher gefährlicher Eigen-
schaften nanoskaliger Stoffe gibt. Auch die
von der Bundesregierung im Jahr 2006 ins
Leben gerufene Nanokommission hält un-
geachtet des großen Innovationspotenzials
der Nanotechnologie einen schnellen Abbau
bestehender Wissenslücken zu möglichen
Auswirkungen von Nanomaterialien und
-produkten auf Gesundheit und Umwelt für
dringend erforderlich. In ihrem im Jahr 2011
erschienenen Bericht gibt es hierzu konkrete
Empfehlungen
(www.bmu.de/chemikalien/nano-
technologie). Der Sachverständigenrat für
Umweltfragen (SRU) weist in seinem im Jahr
2011 erschienenen Gutachten zur Nanotech-
nologie darauf hin, dass wegen bestehen-
der Wissensdefizite dem Vorsorgeprinzip
eine zentrale Rolle beizumessen ist und die
Risikoforschung intensiviert werden muss
(www.umweltrat.de).
Im Jahr 2010 wurden
in Deutschland 6 % der insgesamt für die
Förderung der Nanotechnologie eingesetz-
ten 400 Mio. Euro für die Risikoforschung
verwendet.
Das Umweltbundesamt empfiehlt, die Risiko-
forschung zu verstärken und aus Vorsorge-
gründen den Einsatz von Produkten zu ver-
meiden, aus denen Nanomaterialien/-partikel
freigesetzt werden können.
Nicht alle Nanopartikel haben das gleiche
Gefahrenpotenzial. Grundsätzlich lassen sich
die Nanopartikel in zwei Risikogruppen ein-

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Organe, auf die Nanopartikel
einwirken können
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3.2 Wie gelangen Nanomaterialien in
den menschlichen Organismus und was
bewirken sie?
Freie Nanopartikel können auf drei Wegen in
den menschlichen Organismus gelangen und
dort unter Umständen ihre toxikologische
Wirkung entfalten:
Über die Atemwege (besonders durch
Stäube oder verbrauchernahe Sprays)
Das größte Risiko sehen Wissenschaftler in
der Einatmung von Nanopartikeln. Sind Na-
noteilchen über die Atemwege in den Körper
gelangt, können sie sich im Gewebe verschie-
dener Organe anreichern. Dabei stellt die
Lunge das kritischste Organ dar.
Bereits nachgewiesen ist, dass bestimmte
Nanopartikel bis in das Lungengewebe vor-
dringen und dort die Blut-Luft-Schranke
überwinden können. Das heißt, die Nanopar-
tikel gelangen durch die dünne Trennschicht
der Lungenbläschen bis in das Blut.
Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die
Nanopartikel mit dem Blut bis zum Gehirn
wandern und dort die Blut-Hirn-Schranke
überwinden. Da die Nanoteilchen zu klein
sind, um als Fremdkörper von der Immun-
abwehr erkannt zu werden, könnten sie
so bis in das Gehirn vordringen. In einem
Tierversuch an Mäusen konnten bisher nur
verschwindend kleine Mengen von Nano-
materialien in den Gehirnen der Tiere nach-
gewiesen werden. Die Auswirkungen auf das
Gehirn sind bisher noch unerforscht.
Weiterhin ist nicht auszuschließen, dass un-
erwünschte Wechselwirkungen zwischen den
Nanoteilchen und den Zellen stattfinden.
Toxikologen gehen davon aus, dass Nano-
teilchen, bedingt durch ihre geringe Größe,
durch die Zelloberfläche hindurch bis in die
Zelle und sogar in den Zellkern gelangen
können. Dadurch könnten sie die Zellprozesse
erheblich stören oder sogar das Erbgut ver-
ändern.
Über die Haut
(zum Beispiel durch Kosmetika, Sonnen-
milch)
Eine Aufnahme von Nanoteilchen über die
gesunde Haut gilt als eher unwahrschein-
lich. Denn die gesunde Haut bildet eine gute
Barriere gegen Nanopartikel und schützt so-
mit vor einem Eindringen der Partikel in den
menschlichen Organismus.
Über den Magen-Darm-Trakt
(zum Beispiel aus Nahrungsmitteln oder
Medikamenten)
Ob die Aufnahme von Nanopartikeln über die
Nahrung gesundheitliche Auswirkungen hat,
ist weitgehend unbekannt.
Bisher konnten noch keine wissenschaftli-
chen Nachweise erbracht werden, dass Nano-
materialien, so wie sie heute hergestellt oder
verwendet werden, zu einer gesundheitlichen
Schädigung führen. Jedoch sind sich die For-
scher über das genaue Verhalten der Nano-
partikel im Körper noch nicht einig – mangels
internationaler Bewertungsstandards und
Untersuchungsmethoden.
Gesunde haut bildet eine gute Barriere gegen Nanopartikel in Sonnencreme

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20 |
3.3 Von welchen Produkten könnte
eine gesundheitliche Gefährdung aus-
gehen?
Immer mehr Produkte, die Nanomaterialien
enthalten, drängen Jahr für Jahr auf den
Markt. Noch gibt es erhebliche Wissens-
lücken über das Verhalten von Nanoma-
terialien. Der Sachverständigenrat für Um-
weltfragen geht davon aus, dass von fol-
genden Nanoprodukten und Nanomaterialien
ein erhöhtes Risiko ausgeht:
Sprays, die Nanomaterialien enthalten
Bei der Verwendung von Sprays, die zur
Oberflächenbehandlung sowie zur Glas-,
Textil- und Lederpflege dienen, können Na-
nopartikel während des Sprühvorgangs frei-
gesetzt werden und der Benutzer kann diese
Nanopartikel über die Atemwege aufnehmen.
Produkte mit Nano-Silberpartikeln
In immer mehr verbrauchernahen Produkten
sind Nano-Silberpartikel enthalten. Mittler-
weile werden aufgrund ihrer antibakteriel-
len Wirkung auch Babyschnuller oder Zahn-
bürsten mit nanoskaligen Silberpartikeln
angeboten. Das Bundesinstitut für Risiko-
bewertung (BfR) hat im Jahr 2009 den Her-
stellern empfohlen, auf die Verwendung von
nanoskaligem Silber in Lebensmitteln und
den Produkten des täglichen Bedarfs zu ver-
zichten, weil bisher noch keine abschließende
Risikobewertung möglich und die gesund-
heitliche Unbedenklichkeit von Nanoproduk-
ten nicht erwiesen ist.
Produkte aus Kohlenstoff-Nanoröhren
Die faserförmige Struktur der Kohlenstoff-
Nanoröhren erinnert an Asbestfasern. Sie
stehen daher im Verdacht, krebserregend zu
wirken. Ein kanzerogenes Potenzial besteht
hauptsächlich bei der Herstellung und Wei-
terverarbeitung, wenn die Kohlenstoff-Nano-
röhren ungebunden vorliegen. Im Endpro-
dukt sind die CNT fest in der Stoffmatrix ein-
gebunden und können damit keine Schäden
hervorrufen.
Sonnencreme mit Nanoteilchen
Mittlerweile werden zahlreiche Sonnenschutz-
mittel angeboten, die Nanopartikel aus Zink-
oxid oder Titandioxid enthalten. Dermatologi-
sche Studien zeigen, dass die Haut eine gute
Barriere gegenüber Nanopartikeln darstellt.
Die Größe der einzelnen Nanopartikel, die zur
Herstellung von Sonnenschutzmitteln ver-
wendet werden, liegt zwischen 20 und 60 nm.
Bevor die Nanopartikel bei der Herstellung
zum Sonnenschutzmittel hinzugegeben wer-
den, werden sie mit Silizium-Aluminiumoxid
beschichtet. Dadurch bilden sich Aggregate
mit einer Größe von 200 bis 500 nm. Verschie-
dene Studien zeigen, dass diese Nanopar-
tikel in Sonnenschutzmitteln nicht in gesun-
de Haut eindringen können und damit auch
kein gesundheitliches Risiko für den Verbrau-
cher darstellen.
Über das Verhalten von Nanopartikeln auf
erkrankter Haut, zum Beispiel nach einem
Sonnenbrand, gibt es nach bisherigem Wis-
sensstand noch keine zuverlässigen Informa-
tionen.
3.4 Konnten bereits durch Nanopartikel
verursachte Gesundheitsschäden nachge-
wiesen werden?
Bisher wurden am Menschen noch keine
durch synthetisch hergestellte Nanomateria-
lien verursachten gesundheitlichen Schäden
nachgewiesen. Gesundheitliche Risiken von
bereits auf dem Markt befindlichen Nano-
Produkten sind kaum erforscht. Jedoch wei-
sen wissenschaftliche Studien darauf hin,
dass negative Auswirkungen auftreten könn-
ten. Tierversuche zeigen, dass hohe Dosen von
Nano-Titandioxid Entzündungen in der Lunge
hervorrufen und sogar krebserregend wirken
können. Auch für Kohlenstoff-Nanoröhrchen
gibt es Hinweise auf asbestfaserähnliche pa-
thogene Effekte wie die Bildung von Lungen-
fibrosen und Lungentumoren. Nur sehr we-
nige Studien befassten sich bisher mit Auf-
nahme und Verbleib von Nanomaterialien im
Magen-Darm-Trakt. Laut Bundesinstitut für
Risikobewertung lassen die dabei erhobenen
Daten keine eindeutigen Schlussfolgerungen
zu. Sie sind demnach nicht oder nur unzurei-
chend zur Risikobeschreibung von Nanoma-
terialien geeignet.
Antibakterielle Zahnbürsten versprechen eine
bessere Zahnpflege

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Sprays mit dem Zusatz „Nano“ werden oft in der
Textil- und Lederpflege eingesetzt
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Da bisher nur wenig über die Auswirkung von Nano-
partikeln auf die Umwelt bekannt ist, wird intensiv
daran geforscht
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3.5 Wie gelangen die Nanopartikel in
die Umwelt?
Was passiert mit den Nanomaterialien, wenn
ein Produkt beschädigt wird, im Müll landet
oder die Nanoteilchen ausgewaschen werden
und danach ins Abwasser und in oberirdische
Gewässer oder Grundwasser gelangen? Oder
wenn eine unbeabsichtigte Freisetzung durch
Unfälle während der Produktion oder beim
Transport erfolgt?
Bei der Herstellung, Bearbeitung und der
Verwendung von Nanomaterialien können
Abfälle entstehen, die Nanomaterialien ent-
halten. Solche Abfälle werden weder im eu-
ropäischen noch im deutschen Abfallrecht
gesondert betrachtet. Es gibt auch keine
genauen Kenntnisse über die in die Umwelt
eingetragenen Mengen sowie den Austrag
von Nanomaterialien und nanomaterialhal-
tigen Abfällen in thermischen, biologischen
und mechanisch-biologischen Abfallbehand-
lungsanlagen sowie Deponien. Bis heute sind
keine speziellen Entsorgungsverfahren für
Nanoabfälle etabliert. Nanomaterialien, die
mit Gebrauchsgütern in geringen Mengen in
Abfallverbrennungsanlagen gelangen, wer-
den nach derzeitigem Wissensstand entweder
im Feuerraum, wenn dem Verbrennungspro-
zess ausreichend Sauerstoff zugeführt wird,
zerstört oder weitgehend in den Abgasen ag-
glomeriert bzw. chemisch gebunden. Bei der
Abgasreinigung werden diese dann aus dem
Abgas entfernt.
Problematisch sind Nanomaterialien, die
wasserlöslich sind und in Gewässer gelangen
können. So können zum Beispiel Nanosil-
ber-Ionen durch das Waschen aus Textilien
freigesetzt werden. Auch aus Fassaden-
anstrichen können sowohl Titandioxid- als
auch Nanosilberpartikel herausgewaschen
werden. Wissenschaftliche Studien ergaben,
dass sehr viele Nanomaterialien eine ho-
he Neigung zur Bildung von Aggregaten
und Agglomeraten haben bzw. sehr schnell
an organischen Feststoffen adsorbieren und
damit nicht mehr als Nanopartikel wirken.
Dies gilt jedoch nicht für alle nanoskali-
gen Stoffe. Zum Beispiel ist ungeklärt, wie
sich Nano-Titandioxid in der Umwelt ver-
hält. Es wird vermutet, dass sich die Partikel
im Sediment anreichern. Derzeit sind die
Langzeitauswirkungen von Nano-Titandioxid
noch zu wenig wissenschaftlich untersucht.
3.6 Welche Auswirkungen auf die Umwelt
sind bereits bekannt?
Insgesamt sind die Kenntnisse über Auswir-
kungen von Nanomaterialien auf die Umwelt
noch geringer als über deren Wirkung auf
den Menschen. Es gibt beispielsweise keine
genauen Erkenntnisse darüber, ob nanoska-
liges Titandioxid oder Zinkoxid in umwelt-
oder gesundheitsgefährdenden Mengen aus
Produkten wie Sonnenschutzmitteln oder
Fassadenfarben freigesetzt werden. Ein Nach-
weis, dass Nanomaterialien negative Effekte
auf die Umwelt haben, konnte bisher nicht
erbracht werden. Allerdings weisen laut Um-
weltbundesamt Studien darauf hin, dass es
Wechselwirkungen mit biologischen Syste-
men geben kann. Zum Beispiel führte nano-
skaliges Titandioxid in Laborversuchen zu
einer erhöhten Sterblichkeitsrate bei Wasser-
flöhen. Versuche mit Aluminiumoxid-Nano-
partikeln zeigten ein reduziertes Wurzel-
wachstum bei verschiedenen Nutzpflanzen
(z. B. Mais, Gurke). Nanosilber könnte auf-
grund seiner bakteriziden Wirkung die Mikro-
flora im Boden sowie in Kläranlagen stören
oder zur Ausbildung von Resistenzen in ge-
fährlichen Mikroorganismen führen.
Es muss jedoch beachtet werden, dass die
meisten Forschungsergebnisse auf Untersu-
chungen beruhen, die im Labor durchgeführt
wurden. In der Umwelt spielen viele weitere
Faktoren eine Rolle, zum Beispiel Verdün-
nungseffekte und die Bioakkumulation. Des-
wegen können die Ergebnisse aus dem Labor
nicht 1:1 in die Praxis übertragen werden.
Beim Waschen von Textilien können Silber-Ionen
freigesetzt werden

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Forschung und Entwicklung –
Ein Blick in die Zukunft
Forschung mit dem rasterelektronenmikroskop
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4.1 Welche Fragen sind noch offen?
Aufgrund der besonderen Eigenschaften der
Nanomaterialien wird die Risikobewertung
erschwert. Zudem ist es sehr schwierig, stan-
dardisierte Methoden und Messtechniken für
Nanomaterialien zu erarbeiten. In eine Risiko-
bewertung geht immer mit ein, welchen Kon-
zentrationen eines potenziell gefährlichen
Stoffes Mensch oder Umwelt ausgesetzt
sind. Zu den Umweltkonzentrationen von
synthetisch hergestellten Nanopartikeln lie-
gen bisher jedoch nur sehr wenige Daten vor.
Ein weiteres Problem ist die Vergleich-
barkeit der vorliegenden Forschungsergeb-
nisse. In einem Tierversuch an Mäusen sollte
festgestellt werden, ob sich das Einatmen
von Nanomaterialien krebserregend auswir-
ken kann. Es wurden zwei Versuche mit dem
gleichen Nanomaterial durchgeführt. Der
Unterschied bestand lediglich in der Partikel-
größe des Nanomaterials. Bei einem Versuch
konnte nachgewiesen werden, dass sich die
Nanomaterialien krebserregend auswirken
können, in dem anderen Versuch dagegen
nicht. Dies zeigt, wie wichtig es ist, klare Vor-
gaben für die Bewertung der Risiken, die von
Nanomaterialien ausgehen, zu erarbeiten.
Denn erst dann können geeignete Analyse-
und Nachweisverfahren entwickelt werden.
4.2 Welche Perspektiven und Chancen
gibt es?
Die Anzahl der Produkte, die Nanopartikel
enthalten, wächst zunehmend. Schätzungs-
weise sind über tausend derartige Produkte
weltweit auf dem Markt erhältlich. Das Bun-
desministerium für Bildung und Forschung
(BMBF) prognostiziert für das Jahr 2015 ein
weltweites Marktpotenzial nanotechnologi-
scher Produkte, Verfahren und Dienstleistun-
gen von über einer Billion Euro. Im Jahr 2005
wurde das Marktvolumen der Nanotechnolo-
gie auf 100 Milliarden Euro geschätzt. Wenn
die Prognose des BMBF zutrifft, wäre das eine
Verzehnfachung innerhalb von zehn Jahren.
Als zukünftig sehr erfolgversprechend wird
vor allem die Anwendung der Nanotechno-
logie im Bereich der innovativen Materia-
lien und der Elektronik gesehen. Auch der
Leitung, Speicherung und Umwandlung von
Energie auf Basis von nanoskaligen Materia-
lien wird ein hohes Potenzial vorausgesagt.
Ein Beispiel dafür ist die Brennstoffzelle. Wei-
tere zukunftsträchtige Anwendungen bieten
die Solartechnik sowie die Entwicklung che-
mischer Katalysatoren. Aber auch die Wei-
terentwicklung von Materialien für Medizin,
Diagnostik, Verbraucherartikel und Kosmetik
unter Einsatz der Nanotechnologie ist sehr
erfolgversprechend.
Bis heute haben ca. 1,5 Milliarden Menschen
keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser.
Die Nanotechnologie kann dazu beitragen,
mit Schmutz und Pestiziden kontaminiertes
Wasser sowie Salzwasser aus Ozeanen zu
Trinkwasser aufzubereiten. So werden durch
den Einsatz von Nanofiltrations-Membranen
Partikel im Nanometerbereich (1-10 nm) zu-
rückgehalten. Diese Nanofiltration wird ins-
besondere zur Enthärtung und Entfernung
von Schwermetallen in der Wasseraufberei-
tung eingesetzt. Zudem werden Nanoröhr-
chen aus Kohlenstoff in Filtersystemen zur
Beseitigung von Viren, Bakterien und ande-
ren Verunreinigungen verwendet.
Die Solartechnologie ist eine zukunftsträchtige
Anwendung der Nanotechnologie

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26 |
4.3 Wo findet Forschung zur Nanotechno-
logie im Freistaat Sachsen statt?
Der wirtschaftliche Erfolg des Freistaates
Sachsen beruht unter anderem auf dem stark
vorangetriebenen Ausbau der Wissenschaft
und Forschung, insbesondere auch in den
Bereichen Mikroelektronik und Nanotechno-
logie.
Im Freistaat Sachsen existiert eine Vielzahl
von Forschungseinrichtungen und Unter-
nehmen im Bereich der Nanotechnologie,
viele davon in den Großräumen Dresden,
Leipzig und Chemnitz. Insbesondere in der
Mikro-Nanoelektronik hat der Standort
Sachsen bereits eine weltweit anerkannte
Führungsposition erlangt. Beispielhaft ist das
Fraunhofer-Center Nanoelektronische Tech-
nologie zu nennen, das eng mit der ortsan-
sässigen Halbleiterbranche kooperiert. Auch
bei der Entwicklung von Nanomaterialien,
z. B. von keramischen Werkstoffen, sowie bei
der Entwicklung ultradünner Nanoschichten
ist Sachsen führend. Besondere Potenziale
werden zudem im Zusammenwirken der Le-
benswissenschaften und der Medizintechnik
mit den Mikro- und Nanotechnologien bzw.
der Nanobiotechnologie gesehen. Zukunfts-
trächtig sind nanotechnologische Entwick-
lungen auch im Automobilbau, z. B. bei der
Entwicklung kratzfester Lacke und Instru-
mentenbeschichtungen.
Nanofiltrations-Membrananlage zur Diafiltration
Modul mit keramischer Membran

| 27
Folgende Einrichtungen forschen in ver-
schiedenen Bereichen der Nanotechnologie:
Zentren / Cluster / Universitäten:
Fraunhofer-Center Nanoelektronische
Technologien CNT Dresden
Nanotechnologie-Kompetenzzentrum
„Ultradünne funktionale Schichten“
(Geschäftsstelle im Fraunhofer IMS Dresden)
Fraunhofer Cluster Nanoanalytik Dresden
Technische Universität Dresden – zum
Beispiel Institut für Werkstoffwissenschaft
Technische Universität Chemnitz –
zum Beispiel Fakultät für Elektrotechnik
und Informationstechnik
Universität Leipzig – zum Beispiel
Fakultät für Physik und Geowissenschaften
Zentrum für Innovationskompetenz
ZIK B CUBE an der Technischen
Universität Dresden
Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen:
Fraunhofer-Gesellschaft:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und
Strahltechnik (IWS Dresden)
Fraunhofer-Institut für Keramische
Technologien und Systeme (IKTS Dresden)
Fraunhofer-Institut für Elektronische
Nanosysteme (ENAS Chemnitz)
Fraunhofer-Institut für Zerstörungs-
freie Prüfverfahren (IZPF Dresden)
Fraunhofer-Institut für Elektronen-
strahl- und Plasmatechnik (FFD Dresden)
Fraunhofer-Institut für Zelltherapie
und Immunologie (IZI Leipzig)
Fraunhofer Technologiezentrum
Halbleitermaterialien (THM Freiberg)
Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried
Wilhelm Leibniz:
Leibniz-Institut für Festkörper- und
Werkstoffforschung Dresden e. V.
Leibniz-Institut für Polymerforschung
Dresden e. V.
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifi-
zierung Leipzig e.V.
Helmholtz-Forschungszentren
Helmholtz-Zentrum Dresden-
Rossendorf (HZDR)
Helmholtz-Zentrum für Umwelt-
forschung (UFZ)
Max-Planck-Gesellschaft
Max-Planck-Institut für Chemische
Physik fester Stoffe Dresden
Max-Planck-Institut für Physik kom-
plexer Systeme Dresden
Max-Planck-Institut für Mathematik
in den Naturwissenschaften Leipzig
Unternehmen
AMTEC GmbH, Chemnitz
CeWOTec gGmbH, Chemnitz
VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH,
Dresden
AXO Dresden GmbH, Heidenau
Novaled AG, Dresden
bubbles & beyond GmbH, Leipzig
Cetelon Nanotechnik GmbH, Eilenburg
FHR Anlagenbau GmbH, Ottendorf-
Okrilla
DTF Technology GmbH, Dresden
Diese Auflistung stellt nur einen Auszug dar
und erhebt keinen Anspruch auf Vollständig-
keit.
Nanotechnologie-Zentren im Freistaat Sachsen
Helmholtz-
Forschungszentren
Max-Planck-Institut
Wissenschafts-
gemeinschaft
Gottfried Wilhelm
Leibniz
Fraunhofer-
Gesellschaft
Technische
Universität Dresden
Technische Universität
Chemnitz
Universität Leipzig
CHEMNItZ
FREIbERG
LEIPZIG
DRESDEN

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5
Rechtliche Bestimmungen
Ab 2013 sollen alle Kosmetika, die
Nanopartikel enthalten, mit dem Zusatz
„Nano“ gekennzeichnet werden
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| 29
5.1 Welche gesetzlichen Regelungen für
Nanomaterialien gibt es?
Bisher existieren in Deutschland und Europa
keine spezifischen Regelungen zu Nanoma-
terialien. Es gibt jedoch einige Vorschriften,
die unter anderem auch Nanomaterialien und
Nanopartikel betreffen. So müssen nach der
EU-Verordnung über neuartige Lebensmittel
und Lebensmittelzutaten (Novel Food) auch
„Nano-Lebensmittel“ und „Nano-Lebensmit-
telzutaten“ bewertet und zugelassen werden.
Chemikalien unterliegen sowohl in ihrer nor-
malen als auch in ihrer nanoskaligen Form
der europäischen Chemikalienverordnung
(REACH). Jedoch werden in der REACH-Ver-
ordnung nicht der physikalische Zustand, z.
B. die Partikelgröße, und die damit verbunde-
nen Eigenschaften eines Stoffes berücksich-
tigt. Nach Einschätzung der Europäischen
Chemikalienagentur (ECHA) ist es jedoch
notwendig, gefährliche Eigenschaften eines
Stoffes in Abhängigkeit von der Partikelgrö-
ße zu identifizieren und zu bewerten. Derzeit
wird diskutiert, ob bei der Registrierung eines
Stoffes gegebenenfalls auch nanospezifische
Informationen erfasst werden sollen.
5.2 Wie werden Produkte, die Nano-
materialien enthalten, gekennzeichnet?
Momentan gibt es europaweit keine einheit-
liche Kennzeichnungspflicht für Produkte,
die Nanopartikel enthalten. Für einzelne Pro-
duktgruppen gibt es jedoch bereits Kenn-
zeichnungsvorschriften. So müssen nach der
europäischen Kosmetik-Verordnung Kosme-
tika, die Nanopartikel enthalten, ab 2013 mit
dem Zusatz „Nano“ gekennzeichnet werden.
Nach der im Dezember 2011 in Kraft getre-
tenen Lebensmittel-Informationsverordnung
müssen Lebensmittel, die Nano-Zutaten ent-
halten, innerhalb der EU ab Dezember 2014
entsprechend gekennzeichnet werden.
Auch nach der 2013 in Kraft tretenden EU-Bio-
zid-Verordnung sind mit nanoskaligen Stoffen
behandelte Materialien mit dem Zusatz „Nano“
zu kennzeichnen. Dies betrifft z. B. Textilien, in
die Nano-Silber eingearbeitet ist.
5.3 Wie erkennt man, ob Produkte Nano-
materialien enthalten?
Generell ist es schwierig zu erkennen, ob in
einem nicht entsprechend gekennzeichne-
ten Produkt Nanomaterialien enthalten sind.
Nur zum Teil ist dies durch die Produktbe-
zeichnung möglich. So werden beispielsweise
Wandfarben, Pflegemittel für Autos, Leder
oder Textilien häufig mit dem Zusatz „Nano“
gekennzeichnet. Ein Hinweis auf Nanopro-
dukte kann außerdem sein, wenn Produkte
mit dem Zusatz „antibakteriell“ oder „keim-
frei“ beworben werden. Das können Textilien,
Haushaltsgeräte oder Produkte für Kinder
sein. Andererseits werben Anbieter manch-
mal irreführend mit „Nano“, auch wenn keine
Nanomaterialien im Produkt enthalten sind
oder nur Materialien mit kleiner Partikelgrö-
ße (im Mikrometerbereich oder größer) ein-
gesetzt wurden.
Im Internet gibt es einige Webseiten und
Datenbanken, die Produkte mit Nanomate-
rialien auflisten. Zum Beispiel kann unter
www.nanoproducts.de
nach Produkten ge-
sucht werden, die Nanomaterialien enthalten.
Die Seite
www.nanopartikel.info
vereint in
einer sogenannten Wissensbasis Informatio-
nen zu Anwendungen für Nanomaterialien
und möglichen schädlichen Wirkungen auf
Mensch und Umwelt.

30 |
6 Fachwörterverzeichnis
Adsorption
Als Adsorption bezeichnet man die Anhaftung von
Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberflä-
che eines Festkörpers, d. h. an der Grenzfläche zwi-
schen zwei Phasen.
Aerosol
Ein Aerosol ist ein Gemisch aus festen oder flüssigen
Schwebeteilchen und einem Gas.
Agglomerat
Ein Agglomerat ist eine Ansammlung von schwach
gebundenen Partikeln. Schwache Kräfte, z. B. Van-
der-Waals-Kräfte, oder einfache physikalische Verha-
kungen halten ein Agglomerat zusammen.
Aggregat
Als Aggregat bezeichnet man fest gebundene oder
verschmolzene Partikel. Starke Kräfte, z. B. kovalente
Bindungen oder solche, die auf Sintern (Erhitzen auf
Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes) oder
komplexen physikalischen Verhakungen beruhen, hal-
ten ein Aggregat zusammen.
Atom
Atome sind Grundbausteine der Materie. Atome sind
die kleinste Einheit, in die sich Materie mit chemi-
schen oder mechanischen Mitteln zerlegen lässt.
Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke, auch Blut-Gehirn-Schranke
genannt, ist eine bei allen Landwirbeltieren im Ge-
hirn vorhandene physiologische Barriere zwischen
dem Blutkreislauf und dem Zentralnervensystem. Sie
schützt das Gehirn vor Krankheitserregern, die sich
im Blut befinden, und stellt damit einen natürlichen
Filter dar.
Blut-Luft-Schranke
Die Blut-Luft-Schranke bezeichnet die dünne Schicht,
die in der Lunge den luftgefüllten Raum der Lungen-
bläschen von dem Blut in den Kapillaren trennt.
BfR
Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) ist eine
nachgeordnete Behörde im Geschäftsbereich des
Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft
und Verbraucherschutz (BMELV) und hat die Aufga-
be, dieses in Fragen der Lebensmittelsicherheit, der
Produktsicherheit, der Chemikaliensicherheit und des
Verbraucherschutzes wissenschaftlich zu beraten.
Fotokatalyse/fotokatalytische Wirkung:
Eine durch Licht ausgelöste chemische Reaktion, bei
der durch die UV-Strahlung Sauerstoffmoleküle der
Luft in sogenannte Radikale umgewandelt werden.
Diese Radikale bauen organische Moleküle zu Kohlen-
dioxid und Wasser ab.
Halbleiter
Halbleiter sind feste Stoffe, die aufgrund ihrer che-
mischen Eigenschaften bei sehr tiefen Temperaturen
elektrischen Strom nicht leiten, bei Erwärmung je-
doch eine mit der Temperatur anwachsende Leitfä-
higkeit zeigen.
Ion
Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül.
Kanzerogen
Als kanzerogen bezeichnet man einen Stoff, einen Or-
ganismus oder eine Strahlung, die eine Krebserkran-
kung fördern oder erzeugen.
Oxid
Ein Oxid entsteht, wenn sich ein chemisches Element
mit Sauerstoff verbindet.
Polymer
Ein Polymer ist eine chemische Verbindung aus ket-
ten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekülen),
die wiederum aus gleichen oder gleichartigen Einhei-
ten, den sogenannten Monomeren, bestehen.
REACH
REACH steht für „Registration, Evaluation, Authorisa-
tion and Restriction of Chemicals“, also für die Re-
gistrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung
von Chemikalien. Die Verordnung gilt für alle chemi-
schen Stoffe, die in der EU hergestellt oder in die EU
eingeführt werden.
Reagenz
Stoff, der zusammen mit einem oder mehreren ande-
ren Stoff(en) eine chemische Reaktion herbeiführen
soll.
Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU)
Der SRU, auch bekannt als Umweltrat, ist ein wissen-
schaftliches Beratungsgremium der deutschen Bun-
desregierung. Der SRU begutachtet die Umweltsitua-
tion in Deutschland und berät die Bundesregierung
hinsichtlich ihrer zukünftigen Umweltpolitik.
Toxizität
Toxizität ist die Bezeichnung für die Giftigkeit oder ge-
sundheitsschädigende Eigenschaft eines Stoffes.

| 31
7 Quellenverzeichnis
www.nanopartikel.info
www.world-of-nano.de
www.bfr.bund.de
Bundesinstitut für Risikobewertung
Stellungnahme 001/2009 des BfR
www.umwelt-schweiz.ch
Bundesamt für Umwelt BAFU
www.nanotruck.de
www.verbraucherzentrale-sachsen.de
www.eawag.ch
www.bund.net
Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland
www.nano-technologien.com
www.nanoportal-bw.de
Nanotechnologien im Alltag
www.umweltrat.de
Sachverständigenrat für Umweltfragen
www.lotustech.de
www.fmf.uni-freiburg.de/projekte/pg_energie/
solar/farbstoffsolarzellen
www.wikipedia.de
Verantwortlicher Umgang mit Nanotechnologien
Bericht und Empfehlungen der NanoKommission 2011
nano textil
Fragen und Antworten rund um die Nutzung
von Nanotechnologien am Beispiel der deutschen
Textilwirtschaft
nano trust dossiers Nr. 006
(
November 2008)
Axel Kampe, Energieperspektiven
(4/2006)
Umweltaspekte von Nanoabfällen
SBB-Forum IV-2011 (Sonderabfallgesellschaft
Brandenburg/Berlin mbH)
Terra Consult Bern
Konzeptpapier „Umweltverträgliche und sichere
Entsorgung von Abfällen aus Herstellung sowie
industrieller und gewerblicher Verarbeitung von
synthetischen Nanomaterialien
(September 2009)
Leitfaden zur sicheren Entsorgung von
Abfällen, die Nanomaterialien enthalten
Verband der Chemischen Industrie e.V.
(Oktober 2009)
Nanotechnik für Mensch und Umwelt,
Hintergrundpapier, Umweltbundesamt
(Oktober 2009)
Regionalstudie Nanotechnologie in
Dresden/Sachsen
Herausgeber: Zukünftige Technologien Consulting
der VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf,
(2006)

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Seite 8: Deutsche Institute
für Textil- und Faserforschung Denkendorf; Seite 9: sensolux,
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Seite 10: Knut Wiarda,
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Seite 11: Empa; Seite 13: Fraunhofer IWS Dresden; Seite 14: Empa; Seite 15: Snowleopard1,
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(links), Fraunhofer IKTS Dresden (rechts); Seite 16: dutourdumonde,
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Seite 17: Floris Slooff,
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(links), Mark Kostich,
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(rechts); Seite 19: Klaus Eppele,
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Seite 20: Jan Öztürk-Lettau,
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Gestaltung und Satz:
Heimrich & Hannot GmbH
Druck:
Lößnitz-Druck GmbH
Redaktionsschluss:
29. März 2012
Auflagenhöhe:
2.000 Exemplare, 2. Auflage (unverändert)
Papier:
Gedruckt auf 100 % Recycling-Papier
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