Wer ein Handy oder einen Computer bedient, ein modernes Auto fährt oder eine gute Brille trägt, kommt heutzutage quasi automatisch mit irgendeiner Form von Mikro- oder Nanotechnologie in Berührung. Die Rede ist von kleinsten, noch besser gesagt allerkleinsten Bauteilen in Smartphones, von Sensoren in Fahrzeugen oder von Beschichtungen auf Brillengläsern.

Was sind Mikro- und Nanotechnologien (MNT)?

Der Fachbereich der Mikro- und Nanotechnologie befasst sich mit Oberflächen, Körpern und Strukturen im Mikrometerbereich (Tausendstelmillimeter) und noch kleiner. Ein Teilbereich davon ist die klassische Mikroelektronik für die Herstellung von Schaltkreisen der Computertechnik. Mikrosystemtechnik im Weiteren dreht sich um kleinste Systeme, die auch mechanische, optische, fluidische, elektrische und sogar biologische Teilkomponenten enthalten (englisch MEMS, BioMEMS) und heutzutage auch nahtlos in die Nanotechnik übergehen.

Nanotechnik findet man im Alltag inzwischen nahezu überall, etwa in Sonnencremes: Nanoteilchen aus Titandioxid sind Bestandteile der meisten Sonnenschutzcremes. Aber auch sogenannte Quantenpunkte in der neusten Fernsehtechnologie (QLED) gehören hier genannt.

In der Kosmetikherstellung kommen Nanopartikel schon seit längerer Zeit zum Einsatz. Eine bessere Verträglichkeit, eine längere Haltbarkeit und eine höhere Stabilität der Produkte werden unter anderem als grosse Pluspunkte hervorgehoben. Gewisse Wirkstoffe sollen durch Nanopartikel in tiefere Hautschichten eindringen können und länger in der Haut verbleiben.

Vorteile der Nanotechnologie gibt es auch bei Kleidern: Wenn das Gewebe einen nanobehafteten Verbund aufweist, kann sich der Schmutz nicht festsetzen. Kleinststrukturierte Oberflächen wiederum erzeugen farbliche Effekte, wie sie etwa als Sicherheitsmerkmal auf Geldnoten zu entdecken sind.

Forscher und Ingenieure nehmen dabei Anschauungsunterricht in der Natur und übertragen die Konzepte in die Technik, was als Bionik bekannt ist. Dort finden sie Nanostrukturen in zahlreichen Facetten. Bekanntestes Beispiel ist die Lotuspflanze mit ihrer wasser- und schmutzabweisenden Wirkung. Für das spurlose Abperlen der Wassertropfen sind winzige Noppen an der Blattoberfläche zuständig.

Schlüsselindustrie des 21. Jahrhunderts

Der Begriff «Nano» stammt aus dem Griechischen und heisst übersetzt «Zwerg». Ein Nanometer ist ein Milliardstelmeter. Oder ein bisschen anschaulicher ausgedrückt: Das Verhältnis von einem Meter zu einem Nanometer entspricht etwa dem Verhältnis des Erddurchmessers zu einer Haselnuss.

Mikro- und Nanotechnologie bedeutet zusammengefasst Präzisionstechnik und Miniaturisierung, aber noch vieles andere mehr. Sie ist zweifellos zu einer, wenn nicht zu DER Schlüsselindustrie im 21. Jahrhundert geworden. Als hochindustrialisiertes Land ist die Schweiz geradezu prädestiniert, in diesem zukunftsträchtigen Bereich der Mikro- und Nanotechnologie eine wichtige Rolle zu spielen und Innovationen auf diesem Technologiefeld voranzubringen. Die Voraussetzungen sind hervorragend. Hochschulen und Industrie ergänzen sich auf diesem Gebiet und kooperieren. Die traditionelle Uhrenindustrie kann man zudem quasi als eine Vorgängergeneration der heutigen Mikrotechnologie bezeichnen. Das Know-how darf sich sehen lassen und braucht keinen Vergleich mit anderen Ländern zu scheuen. Dank weiterer Bonuspunkte wie eines liberalen Wirtschaftssystems, politischer Stabilität und einer gut ausgebauten Infrastruktur sowie eines qualitativ sehr hochstehenden Bildungs- und Gesundheitssystems ist die Schweiz ein idealer Standort für ansiedlungswillige Firmen in der Mikro- und Nanotechnologie.

In allen Lebensbereichen

Kaum ein neues Verfahren oder ein neues Produkt ist heute ohne Anwendung der Mikrotechnologie noch denkbar. Die Miniaturisierung von Bauelementen, Schaltungen, Speichern, Messgeräten und von ganzen Systemen führt zu einer völlig neuen Generation von Produkten in nahezu allen Bereichen der Technik.

Nicht nur in der Chemie- und Medizintechnik, sondern auch in der Kunststoffindustrie ist das Wachstumspotenzial für mikrotechnologische Entwicklung gross. Besonders hervorzuheben gilt es aber die Life Sciences. Hier hat sich die Mikro- und Nanotechnologie (MNT) einen festen Platz erobert.

MNT fungiert als Treiber für miniaturisierte patientennahe Diagnostik (sogenannte Point-of-Care-Diagnostik), die Schnelltests vor Ort ermöglicht. Mikrofluidik (beschäftigt sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten auf kleinstem Raum) sorgt für Transport und Molekül-Logistik in kleinsten Geräten. Zellen werden sortiert, spezifisch angefärbt und umgehend ermittelt. Krankheitserregern kommt man damit leicht auf die Spur.

Trainingserfolg messen

Die neue Generation der sogenannten Wearables, ausgerüstet mit Smartwatches, Fitnessarmbändern und digitalen Brillen, kann davon profitieren. Durch die Haut oder im Schweiss lassen sich Biomarker messen, sodass Gesundheitszustand und Trainingserfolg überwacht werden können.

Auch bei der Entwicklung intelligenter Instrumente für die Medizin bedienen sich Ingenieure dieser Schlüsseltechnologie.

Mikrotechnische Sensoren, 100-mal feiner als die komplexesten Uhrwerke, überwachen den Blutzuckerspiegel bei Diabetikern. Implantate in der Zahnmedizin oder für den Wiederaufbau von Knochen sind ohne MNT nicht mehr vorstellbar. Der implantierte Stent zum Offenhalten eines Gefässes am Herzen ist ebenfalls ein Wunderwerk der Mikrotechnologie, genauso wie Linsen, die über längere Zeit kontinuierlich den Augeninnendruck messen, wodurch ein exakteres Bild als eine bloss punktuelle Messung beim Augenarzt entsteht. Ein weiterer Meilenstein zeichnet sich in der regenerativen Medizin ab: Eines nicht so fernen Tages wird es möglich sein, mittels 3D-gedruckter Zellen menschliche Ersatzteile nachzubauen. Erste Einsätze bei Patienten mit Verbrennungen sind bereits erfolgreich verlaufen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Um solche Innovationen immer wieder zu ermöglichen, ist ein gut funktionierendes Zusammenspiel verschiedenster Fachbereiche aus Chemie, Physik, Werkstoffwissenschaften, Biologie sowie Medizin und Ingenieurskunst unumgänglich. In der Schweiz haben viele Sprachen Tradition. Wenn wir es schaffen, auch in der Wissenschaft die verschiedensten Sprachen zu beherrschen und interdisziplinär optimal zusammenzuarbeiten, werden wir auch in Zukunft in der Mikro- und Nanotechnologie zu den Spitzennationen gehören.