Nanotechnologie im Alltag: Zehn Beispiele

Nanotechnologie begegnet Ihnen täglich, meist ohne dass Sie es merken. Sie steckt im UV-Filter der Sonnencreme, im Gummi der Autoreifen, im Prozessor des Smartphones und in der roten Linie eines Schwangerschaftstests. Gemeinsam ist diesen Produkten, dass Strukturen zwischen 1 und 100 Nanometern Eigenschaften ermöglichen, die mit gröberen Materialien nicht zu erreichen wären. Die folgenden zehn Beispiele zeigen, wo und warum.

Was Nanotechnologie grundsätzlich ausmacht und warum Stoffe im Nanomaßstab andere Eigenschaften haben, erklärt die Seite Was ist Nanotechnologie?. Eine Übersicht über Partikelklassen bietet die Seite Nanopartikel.

Übersicht der zehn Beispiele

1. Sonnencreme

Mineralische UV-Filter aus Titandioxid und Zinkoxid streuen und absorbieren UV-Strahlung. In grober Form hinterlassen sie einen deutlich weißen Film. Als Nanopartikel bleiben sie im sichtbaren Licht weitgehend durchsichtig und filtern dennoch UV-Licht. In der EU müssen sie in der Zutatenliste mit „(nano)“ gekennzeichnet werden. Was die Forschung zur Sicherheit sagt, fasst der Artikel Nanopartikel in Sonnencreme zusammen.

2. Autoreifen

Reifen sind eines der ältesten Beispiele für Nanomaterialien im Alltag. Industrieruß, der dem Gummi seine schwarze Farbe gibt, besteht aus Primärpartikeln im Nanometerbereich, die zu größeren Verbänden zusammengewachsen sind. Er verstärkt das Gummi und macht es abriebfest. Gefällte Kieselsäure wird zusätzlich eingesetzt, um Rollwiderstand und Nasshaftung zu verbessern. Die Partikel sind fest im Gummi eingebunden, im Reifenabrieb gelangen sie gemeinsam mit dem Gummi in die Umwelt.

3. Computerchips

In Prozessoren und Speicherchips sind Milliarden Transistoren untergebracht. Ihre kleinsten Strukturen liegen im Bereich weniger bis einiger Dutzend Nanometer. Produktnamen wie „3-Nanometer-Technik“ sind allerdings eher Generationenbezeichnungen als exakte Maße. Die Halbleiterindustrie ist damit wohl der größte Anwender der Nanotechnik, auch wenn hier keine Nanopartikel, sondern nanometerfeine Strukturen auf einem Siliziumkristall entstehen.

4. Schwangerschafts- und Schnelltests

Die rote oder violette Linie eines Teststreifens entsteht meist durch Goldnanopartikel. Sie tragen Antikörper, die das Zielmolekül binden, und sammeln sich auf der Testlinie. Gold erscheint in dieser Größe nicht golden, sondern rot, weil die Elektronen der Partikel mit grünem Licht in Resonanz geraten. Wie das genau abläuft, erklärt die Themenseite Biosensoren.

5. Bildschirme mit Quantenpunkten

Quantenpunkte sind Halbleiter-Nanokristalle, deren Leuchtfarbe von ihrer Größe abhängt. In manchen Fernsehern und Monitoren wandeln sie blaues Licht in sehr reines Rot und Grün um, was einen größeren Farbraum ermöglicht. In der EU werden für Displays zunehmend cadmiumfreie Quantenpunkte eingesetzt, weil Cadmium in Elektrogeräten beschränkt ist.

6. Abgaskatalysator

Im Autokatalysator wandeln fein verteilte Edelmetallpartikel aus Platin, Palladium und Rhodium giftige Abgase in weniger schädliche Stoffe um. Weil die Reaktion an der Oberfläche stattfindet, zählt jede zusätzliche Oberfläche. Nanopartikel liefern bei gleicher Menge des teuren Metalls deutlich mehr aktive Fläche.

7. Akkus

Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones, Laptops und Elektroautos nutzen Elektrodenmaterialien, die oft aus sehr feinen oder nanostrukturierten Partikeln bestehen. Kurze Wege für die Lithium-Ionen erlauben schnelleres Laden und Entladen. Leitfähige Zusätze wie Ruß oder Kohlenstoffnanoröhren verbessern die elektrische Verbindung innerhalb der Elektrode.

8. Kratzfeste Lacke und Beschichtungen

Klarlacke für Autos, Möbel oder Brillengläser können Nanopartikel aus Siliziumdioxid oder anderen Oxiden enthalten. Weil die Partikel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, bleibt die Schicht durchsichtig, wird aber härter und widerstandsfähiger. Selbstreinigende Glasflächen nutzen dünne Titandioxidschichten, die unter UV-Licht Schmutz zersetzen und Wasser flächig ablaufen lassen.

9. Textilien

Sport- und Funktionstextilien werden teils mit Silberpartikeln ausgerüstet, die Bakterien hemmen und so Gerüche mindern sollen. Andere Beschichtungen machen Stoffe wasser- und schmutzabweisend. Gerade Nanosilber wird kritisch diskutiert, weil es beim Waschen ausgetragen werden kann. Mehr dazu im Artikel Silber-Nanopartikel.

10. Lebensmittel

In Gewürzmischungen, Instantpulvern oder Salz verhindert Siliziumdioxid (E 551) als Trennmittel das Verklumpen. Das Material besteht aus kleinen Primärpartikeln, die zu größeren Strukturen zusammengelagert sind. Titandioxid als Farbstoff E 171 ist in der EU dagegen seit 2022 nicht mehr zugelassen. Für Zutaten, die als technisch hergestellte Nanomaterialien gelten, schreibt das Lebensmittelrecht den Zusatz „(Nano)“ in der Zutatenliste vor.

Was diese Beispiele gemeinsam haben

Die zehn Beispiele zeigen drei Prinzipien, die Nanotechnologie im Alltag nutzt:

• Große Oberfläche: Katalysatoren, Akkus und Trennmittel profitieren davon, dass kleine Partikel bei gleicher Masse viel mehr Oberfläche haben.
• Neue optische Eigenschaften: Gold wird rot, Quantenpunkte leuchten in größenabhängigen Farben, Oxidpartikel bleiben durchsichtig.
• Feine Strukturen: Chips und Beschichtungen nutzen nicht einzelne Partikel, sondern gezielt geformte Strukturen im Nanometerbereich.

Nano oder nur Marketing?

Nicht überall, wo „Nano“ draufsteht, steckt Nanotechnologie drin, und umgekehrt. Der Begriff ist in der Werbung beliebt, weil er nach Hightech klingt. Ein „Nano-Spray“ für Autoscheiben kann eine gewöhnliche wasserabweisende Beschichtung aus Silikonverbindungen sein, die zwar eine sehr dünne Schicht bildet, aber keine Nanopartikel enthält. Ein Reifen dagegen enthält Nanomaterialien, ohne dass sie auf der Verpackung erwähnt werden.

Für eine sachliche Einordnung hilft die EU-Empfehlung zur Definition von Nanomaterial. Sie stellt auf die Größe der Partikel ab: Ein Material gilt danach als Nanomaterial, wenn ein festgelegter Anteil der Partikel in mindestens einer Abmessung zwischen 1 und 100 Nanometern liegt. Für die Kennzeichnung in Kosmetik und Lebensmitteln gelten die Definitionen der jeweiligen Rechtsvorschriften.

Nanopartikel gab es schon immer

Nanopartikel sind keine Erfindung der Technik. Sie entstehen in der Natur und im Alltag in großen Mengen:

• bei jeder Verbrennung, vom Kaminfeuer über Kerzen bis zum Toaster,
• in Vulkanasche, Wüstenstaub und Meeresgischt,
• in Lebensmitteln selbst, denn Milch enthält Eiweiß- und Fettstrukturen im Nanometerbereich.

Der Unterschied zur Nanotechnologie liegt darin, dass Materialien gezielt in einer bestimmten Größe und Form hergestellt werden, um eine bestimmte Eigenschaft zu nutzen. Deshalb unterscheidet die Regulierung zwischen natürlich vorkommenden, zufällig entstehenden und technisch hergestellten Nanomaterialien.

Worauf Sie achten können

• Bei Kosmetik und Lebensmitteln weist „nano“ in der Zutatenliste auf Nanomaterialien hin.
• Sprays mit feinen Partikeln sollten Sie nicht in geschlossenen Räumen einatmen, unabhängig davon, ob „nano“ draufsteht.
• Werbeaussagen wie „Nano-Versiegelung“ sind keine geschützten Begriffe und sagen wenig über den tatsächlichen Inhalt.
• Produkte mit fest gebundenen Nanomaterialien wie Reifen, Chips oder Lacke geben im normalen Gebrauch kaum Partikel ab.

Fazit

Nanotechnologie ist längst Teil des Alltags, oft in Produkten, die niemand mit Hightech verbindet. Mal geht es um mehr Oberfläche, mal um besondere optische Eigenschaften, mal um immer feinere Strukturen. Wer wissen möchte, wie Risiken bewertet werden, findet die Grundlagen auf der Seite Sicherheit und Regulierung.