Nanotechnologische Forschung: Solarzellen und Medizintechnik

10.07.2011
Martina Rüter

Nano-Solarzellen sollen herkömmliche Silizium-Zellen ablösen und Nanoröhren sollen die Diagnostik von Krankheiten verbessern.

Nanopartikel als Spray für Fenster, Dachziegel oder Gebäudefronten könnten die Zukunft der Solartechnik sein. Die Nano-Solarzellen bestehen aus winzigen Partikeln aus Strahlung absorbierenden Materialien, wie Kupfer, Indium, Gallium und Selenid. Zusammen mit Lösungsmitteln entstehen Nanokristalle, die in Form eines Sprays leicht auf alle möglichen Materialien, wie Glas, Plastik oder auch Gewebestoffe aufgetragen werden können. Ergänzt man die mit Nano-Spray behandelten Flächen durch Metallkontakte (Elektroden), so wird eine elektrische Spannung erzeugt. Die Solarforscher besprühen unter anderem dünne, flexible Folien. Gleichzeitig arbeiten Wissenschaftler an Nano-Sprays, die direkt auf beispielsweise Fenster aufgetragen werden können. Eine solche Beschichtung von Fensterscheiben würde lediglich eine leichte Tönung der Schreiben bewirken. Bislang liegt die Effizient der Nano-Solarzellen jedoch noch deutlich unter der von herkömmlichen Solarzellen auf Basis von Silizium. So erreichen Solarzellen aus Nanokristallen einen Effizienzgrad von etwa drei Prozent, während herkömmliche Solarzellen einen Wert von rund 30 Prozent erreichen.

Nanotechnik in der Medizin

In der Medizin bieten Nanopartikel die Möglichkeit, neuartige Diagnostika und Therapeutika zu entwickeln, beispielsweise Kontrastmittel für die bildgebenden Verfahren der Computertomographie oder Magnetresonanztomographie, sowie neue Medikamente mit Nanopartikeln als Wirkstofftransporter oder -depot, beispielsweise in der Krebstherapie. Hierbei werden beispielsweise eisenoxidhaltige Nanopartikel in die Blutbahn injiziert, wodurch diese mit dem Blutstrom im Körper verteilt werden. Nach der Anreicherung im Tumor kann dieser durch ein angelegtes Magnetfeld erhitzt und somit zerstört werden. Im Fokus der Forschung stehen hierbei die Methoden, durch die eine gezielte Anreicherung der Nanopartikel im Tumor erreicht werden kann.

Kohlenstoff-Nanoröhren zur Diagnose von Krankheiten

Amerikanische Forscher haben ein Gerät zum Nachweis von metastasierendem Krebs entwickelt. Das Mikrofluidik-System verwendet dazu Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese stehen dicht nebeneinander und besitzen eine enorme Oberfläche. Das Blut durchfließt diese Röhren-Struktur, die Krebszellen bleiben haften und können identifiziert werden. Diese Technik ist deutlich effizienter als die vergleichsweise massiven Silizium-Strukturen, die bislang eingesetzt wurden. Ziel der Forschung ist es, kostengünstige Schnelltests auch für andere Krankheiten, wie beispielsweise HIV, auf Basis der Nanoröhren zu entwickeln.

Nanoröhren

Nanoröhren sind Röhren, deren Durchmesser kleiner ist als 100 Nanometer. Typischerweise beträgt er nur wenige Nanometer. Um von einer Röhre sprechen zu können, sollte die Länge den Durchmesser übersteigen; bei Kohlenstoffnanoröhren wurden bereits Längen von 20 Zentimetern erreicht. Typisch sind aber Längen von einigen Mikrometern. Nanoröhren können ein- oder mehrwandig sein und die Wand kann einen geschlossenen Ring oder eine spiralige Struktur ausbilden. Die Enden der Röhren können geschlossen oder geöffnet sein, und das Innere leer oder gefüllt. Je nach Produktionsbedingungen entstehen auch ganze Bündel oder Fäden von Nanoröhren.

Besonders bedeutend und besonders gut untersucht sind Kohlenstoff-Nanoröhren (kurz CNTs), es gibt aber auch Nanoröhren aus Bornitrid, Sulfiden (Molybdän- und Wolframdisulfid, Kupfersulfid) und Halogeniden (Nickelchlorid, Cadmiumchlorid, Cadmiumiodid). Von allen hier genannten Materialien sind schon lange Schichtstrukturen bekannt, insbesondere die des Kohlenstoffs, der Graphit. Auch aus Kunststoffen lassen sich Nanoröhren fertigen.