Montag, 6. Februar 2012

Nano, die neue Wundertechnologie

Ein Film über Nanotechnologie, der letzte Woche bei Arte gezeigt wurde, will darauf aufmerksam machen, dass es eine neue Technologie gibt, von der wahre Wunder zu erwarten sind. Als Anwendungsbeispiel wurde die Medizin gewählt.

Ein Nanometer ist bekanntlich ein Milliardstel Meter (10 hoch −9 m). Die Technologie beruht darauf, Objekte dieser Größenordnung zu manipulieren. Dabei spielen die Oberflächeneigenschaften gegenüber den Volumeneigenschaften der Materialien eine immer größere Rolle. Auch müssen zunehmend quantenphysikalische Effekte berücksichtigt werden.

In der Medizin können Nanopartikel nützlich sein bei der Früherkennung von Erkrankungen. So genannte Biomarker sind krankheitsspezifische Botenstoffe, die in einem sehr frühen Stadium im Blut oder in der ausgeatmeten Luft vorkommen. Es kann sich um Zellen, Gene oder bestimmte Moleküle wie Enzyme oder Hormone handeln. Werden sie erkannt, kann die Krankheit in der Frühphase behandelt werden. Auch können Tumoren eisenoxidhaltige Nanoteilchen eingespritzt werden. Werden sie erhitzt, wird das Tumorgewebe abgetötet. In einer Hülle aus organischen und anorganischen Materialien verpackt können Medikamente direkt zum erkrankten Organ gelenkt werden. Es können sogar einzelne Zellen behandelt werden. Werden diese zum Bilden ganz bestimmter Gewebe angeregt, öffnet sich das Tor zur regenerativen Medizin. Wie ein Regenwurm kann dann auch der Mensch verlorene Organe und Glieder neu wachsen lassen. Mit Knochen und Knorpel scheint dies am leichtesten möglich zu sein. Vorstellbar ist es auch für Gehirnzellen.

Gaben einst (d.h. in grauer technischer Vorzeit) Computer Veranlassung für wildeste Spekulationen, so scheinen wir Informatiker diesen Ball verloren zu haben. Wir haben es nicht geschafft, die tollen Lösungen der Natur nachzubauen, die sich z. B. im menschlichen Gehirn manifestieren. Die Nanomediziner haben es um Klassen einfacher. Sie brauchen nicht zu verstehen, wie die Natur arbeitet, sie reproduzieren sie einfach so wie sie ist. Früher waren es die Nicht-Informatiker, denen es nicht ganz geheuer war, wenn wir unsere Extrapolationen veröffentlichten. Jetzt gehören wir irgendwie mit zu den Zweiflern, oder aber zu den Angsthasen – sollte man glauben, was erzählt wird.

In dem Arte-Beitrag wurde immer wieder hervorgehoben, wie gefahrlos die Herstellung der Nanoprodukte und ihre Anwendung ist. Hier gibt es offensichtlich unterschiedliche Meinungen. Befürchtet wird, dass Nanopartikel die DNA schädigen oder Krebs auslösen könnten. Vor allem fehlt es an Langzeitdaten. Fast entsteht der Eindruck, dass die Nano-Technologie wie jede andere viel versprechende Technologie vor ihr zurzeit eine Hype-Phase durchläuft. Dann wird mal wieder eine Generation von Wissenschaftlern und besorgten Bürgern benötigt, bis dass man rational damit umgeht. Die Atomenergie lässt grüßen!


 Am 6.2.2012 um 12:44 Uhr schrieb Peter Hiemann aus Grasse:

… der Arte-Beitrag war für mich aus zwei Gründen interessant. Erstens wird gezeigt, wie die Veränderung einer Messskala neue Vorgehensweisen in Forschung, Entwicklung und Industrie eröffnet. Zweites wie der Umgang mit Materie auf der Nanoskala es ermöglicht, natürliche Prozesse nicht nur zu modellieren und zu simulieren sondern technisch erzeugte Nanostrukturen mit natürlichen Strukturen zu Interaktionen zu veranlassen.


Wie Sie wissen, gilt mein spezielles Interesse biologischen, geistigen und gesellschaftlichen Phänomenen unter dem Blickwinkel autopoietischer Systeme. Entsprechend frage ich mich, welche Möglichkeiten Nanotechnologie bietet, derartige Systeme besser zu analysieren und zu beeinflussen. Das Potential der Nanotechnologie geht sicher über die gezeigten Beispiele der Medizin hinaus. Die Nanotechnologie eröffnet für Ingenieure aller Couleur eine neue Messskala - ein Milliardstel Meter - für die Konstruktion von Systemelementen. Auch für die Hardware von Informationssystemen.
 

Es ist natürlich interessant zu fragen, ob die Nanotechnologie dabei ist, der Informatik den Rang in der Beliebtheit der öffentlichen Meinung für Zukunftsspekulationen abzulaufen. Ich denke eher nicht, da es sich bei geistigen und gesellschaftlichen Phänomenen nicht um Wechselwirkungen zwischen Nanostrukturen handelt, sondern um Phänomene im Sinne der Luhmannschen Kommunikationstheorie.

Also der Reihe nach:


Biologische Phänomene auf molekularer Ebene sind schon ziemlich gut verstanden und die Pharmaindustrie benutzt aufwändige Verfahren, viele medizinische Wirkstoffe herzustellen. Diese Wirkstoffe, wie übrigens auch Drogen, beruhen auf dem biologischen Schlüssel-Schloss-Prinzip. Dieses Prinzip wurde schon 1894 von Emil Fischer hypothetisch beschrieben und ist heute auch die Grundlage für den Einsatz von Nanotechnologie, um biologische Prozesse  zu beeinflussen. Nanotechnologie in der Medizin sind die Umsetzung des Wissens von Molekularbiologen in effektive Methoden für Diagnose und  für gezielte Behandlung von Krankheiten. Professor Samuel Stupp von der Northwestern University ist sogar überzeugt, dass Nanotechnologie  für die Herstellung und Restauration organischer Gewebe zum Einsatz kommen wird. Übrigens sind die Verfahren, nanotechnologische Pharmaka herzustellen, den Verfahren der heutigen Pharmaindustrie überlegen, da sie durch relativ kleine Abmessungen dezentral in Hospitälern einsetzbar sind.


Die Phänomene des Geistes sind noch nicht gut verstanden, obwohl die IT-Industrie  Methoden und Hilfsmittel entwickelt hat, die viele geistige Tätigkeiten effektiv  unterstützen. Die IT-Methoden beruhen vorwiegend auf mathematischen und logischen Prinzipien. IT-Methoden haben sich für die Herstellung von Steuerungs- und Prozessmodellen für eine Vielzahl von Anwendungen bewährt.  IT in solchen Anwendungen ist die Umsetzung des Wissens von Experten des jeweiligen Anwendungsbereiches in IT-Sprache. Vermutlich ist die Zeit reif, dass sich IT-Experten ein paar Gedanken machen, wieweit die gegenwärtigen IT-Methoden ausreichen, um natürliche neuronale Prozesse  umfassend zu repräsentieren. Vielleicht werden eines Tages Verfahren der Nanotechnologie helfen, den vielfältigen menschlichen neurologischen Prozessen im Detail auf die Spur zu kommen.  Dieses Wissen könnte vielfältige IT-Forschungsprogramme befruchten, um das Design zukünftiger IT-Systeme und Programmiermethoden zu beeinflussen.


Die Phänomene der Wechselwirkungen in Gesellschaften sind ziemlich schlecht verstanden. Philosophen, Theologen, Soziologen und Psychologen benutzen die vielfältigsten heuristischen Hypothesen, um gesellschaftliche Verhaltensweisen zu verstehen. Die Effektivität ihrer Methoden ist bestenfalls mit „zweifelhaft“ zu bewerten. Wirtschaftswissenschaftler reklamieren für sich, dass ihre Methoden die gesellschaftlichen Verhaltensweisen wohl am besten widerspiegeln. Die „wissenschaftliche“ Ökonomie orientiert sich am Kosten/Nutzen Prinzip und basiert auf Berechnungen, die sich der Methoden der Wahrscheinlichkeitstheorie und Spieltheorie bedienen. Die Randbedingungen für ökonomische Analysen und Berechnungen liefert der sogenannte „intelligente“ anonyme Markt. Die wissenschaftliche Ökonomie hat mit den realen Prozessen der Industrie, vor allem der Finanzindustrie, wenig gemeinsam.


Für das bessere Verständnis gesellschaftlicher Phänomene wird die Nanotechnologie wohl kaum eine Rolle spielen, außer indirekt durch die  gesellschaftlichen Auswirkungen auf die Industrie und das Gesundheitssystem. Entscheidender Einfluss auf Gesellschaftsstrukturen wird wohl den  Informationstechnologien zukommen, die das Kommunikationsverhalten innerhalb gesellschaftlicher Institutionen und global zwischen gesellschaftlichen Institutionen vielfältiger Kulturkreise beeinflussen. Die vielfältigen  Funktionen der internationalen Netzwerke, der computergestützten Wissenssuchmechanismen, der computergestützten Erweiterungen der Realitätswahrnehmung (Augmented Reality) und der sogenannten persönlichen sozialen Netzwerke sind heute schon überall auf mobilen Geräten verfügbar. Da sie außerdem ökonomisch äußerst erfolgreich sind, zeigen sie schon heute ihren starken Einfluss auf Gesellschaftsstrukturen.


Um 20:11 Uhr ergänzte Peter Hiemann mit dem Hinweis:


gerade habe ich bei nano (3Sat) einen Beitrag gesehen, der ein weiterer Beleg ist, dass das Thema Nanostrukturen sehr aktuell ist. Der Titel hieß: ‚Faltbares Erbmaterial  - DNA als vielseitig einsetzbarer Baustoff‘. Folgende Aussage fand ich besonders interessant: Für die Zukunft müsse erreicht werden, dass sich die einzelnen DNA-Bestandteile nicht nur zueinander anordnen, sondern auch aufeinander reagieren. …Man muss den DNA-Schnipseln nur noch "sagen", wie sie sich genau zusammenbauen müssen. Molekulare Marker weisen ihnen den Weg.

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