Zeitung Heute : Wann beginnt die Revolution?

Der Tagesspiegel

Von Andreas Austilat

Draußen dreht der Nachtwächter seine Runde. Sonst ist niemand mehr auf dem Flur. Es ist spät geworden im Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Berlin, spät und einsam. Aber genau so muss es Sebastian Becker haben. Jetzt würde selbst die U-Bahn stören, deren Tunnel ausgerechnet unter dem Haus an der Hardenbergstraße vorbeiführt. Ja, sogar jeder Schritt könnte zuviel sein, „das schwingt doch, das sehen Sie nachher“. Denn jetzt will Becker den Blick ins Innerste werfen.

Und dann setzt er per Knopfdruck die kleine Wolframnadel in Bewegung, die hinter einem Bullauge immer dichter auf ihr Ziel zufährt. Bis auf einen Mikrometer hat er es mal geschafft. Ein Mikrometer, das ist ein Millionstel Meter, das ist Institutsrekord. „Da dürfen Sie nicht zittern“, sagt Becker, denn falls er die Spitze an die Wand fährt, dann bricht sie ab, dann waren die letzten vier Tage umsonst, vier Tage, die es gedauert hat, das Rastertunnelmikroskop vorzubereiten.

Ein Mikrometer, das ist verdammt nah dran, und trotzdem noch zu weit. Wenn Sie sehen wollen, was Becker sehen will, dann müssen Sie noch tausendmal näher ran, auf einen Nanometer. Aber das schafft nur der Computer. Und der braucht immer noch eine halbe Stunde, bis auf dem Bildschirm Zeile für Zeile ein Bild entsteht: kleine graue Bälle vor verrauschtem Hintergrund. Das ist er, der Kern der Dinge, das Innerste, das die Welt zusammenhält. Das sind die Atome.

Nanos: griechisch, der Zwerg. Nein, der Brockhaus, 24 Bände, Ausgabe 1991, hilft nicht weiter, wenn man wissen will, was Nanotechnologie bedeutet. 1991 wurde das Wort allenfalls in Fachkreisen geraunt. Inzwischen können Sie fragen, wen Sie wollen, Bill Clinton oder den Verein der Deutschen Ingenieure, Nanotechnologie wird die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Erwartungen sind hoch: Nanotechnologie wird uns vor Energie- und Rohstoffkrisen bewahren, sie wird Krankheiten heilen. Wer rechtzeitig die Zeichen der Zeit erkennt, dem wird sie sehr viel Geld einbringen. Und manche fürchten, am Ende, am Ende wird sie uns alle vernichten. Machen wir uns also auf die Suche nach Sachverständigen, Scouts, die uns durch diese schwierige Materie führen. Der eine ist Sebastian Beckers Chef: Dieter Bimberg, geschäftsführender Direktor des Instituts für Festkörperphysik und Koordinator eines der fünf vom Bundesforschungsministerium geförderten Nanotechnischen Kompetenzzentren. Der andere, Andreas Jordan, ist Biologe und Leiter der Arbeitsgruppe „Biomedizinische Nanotechnologie und Strahlenbiologie“ an der Berliner Charité.

Wasser, Erde, Erdbeeren

Es ist eine unvorstellbar kleine Welt, von der hier die Rede ist. Der Nanometer ist gerade mal so breit wie fünf Kohlenstoffatome. Fünf Millionen Kohlenstoffatome, die könnte man noch erkennen, die wären etwa so groß wie der Punkt am Ende dieses Satzes. Ein einzelnes Atom, das war bis Anfang der 80er Jahre überhaupt nicht sichtbar zu machen. Bis Heinrich Rohrer und Gerd Binning im schweizerischen Rüschlikon das Rastertunnelmikroskop erfanden und dafür den Nobelpreis für Physik verliehen bekamen. Dann entdeckten Forscher, dass die Spitze ihrer Sonde nicht nur einzelne Atome erkennt, mit diesem Werkzeug lässt sich sogar nach ihnen greifen. Die Nanowelt war nicht nur sichtbar, sie war auch manipulierbar geworden. Das war der Zeitpunkt, an dem große Visionen plötzlich realisierbar schienen.

„Hätte es die Aufklärung ohne die Erfindung des Buchdrucks gegeben?“, fragt Bimberg, ein schlanker, hochgewachsener 59-Jähriger, der leicht für zehn Jahre jünger durchginge. Und während man noch darüber nachdenkt, ist Bimberg schon in der Gegenwart. „Ein neuer Epochensprung steht bevor“: das Zeitalter der Nanotechnologie, das Zeitalter, in dem wir entdecken, dass Materie bislang unbekannte Eigenschaften haben könne, wenn wir nur lernten sie neu zusammenzusetzen, ihre innerste Struktur nach unserem Gusto umzuformen.

Klingt schwierig, ist aber im Grunde ganz einfach: „Alles ist aus Atomen und ganz egal, was dabei rauskommt, Erde, Wasser oder Erdbeeren, es ist nur eine Frage wie diese Atome angeordnet sind.“ So begann Eric Drexler 1986 sein Buch „Engines of Creation“, Maschinen der Schöpfung. Und dann wagte Drexler, Chef des kalifornischen Foresight-Instituts und so etwas wie ein Guru der Szene, eine Prophezeiung: In Zukunft werden wir kontrolliert auf die einzelnen Atome zugreifen. Und wir werden jeden Gegenstand und jede Materie Atom für Atom herstellen können, sei es nun eine Erdbeere oder ein vollkommen neuer Kunststoff.

Die Aussicht auf neue Materie regte die Leute erst einmal viel weniger auf als Drexlers Vision von nanokleinen Bauteilen, die fortan in seinem Foresight-Institute am Reißbrett entstanden. Molekülgroße Prozessoren würden nicht nur dafür sorgen, dass die Rechnerkapazitäten in dann ungeahnte Höhen wachsen, sie wären zum Beispiel auch so unvorstellbar winzig, dass sie als Steuerungseinheit an Bord nanokleiner U-Boote durch unsere Adern patrouillierten, um dort vielleicht den Kampf mit Bakterien aufzunehmen, die im Vergleich zu ihnen Schlachtschiffgröße hätten.

„Wären Sie am Freitag gekommen, dann hätten sie bei einer Ratten-OP zuschauen können“. So kann Andreas Jordan nur den Kühlschrank zeigen, in dem die Krebskulturen lagern, Kulturen aus Zellen, deren Spender längst verstorben sind, „das Glioblastom ist ein übler Krebs, gut ein Jahr nach der Diagnose lebt kaum einer mehr“. Jordans Arbeitsplatz befindet sich auf dem Hof der DRK-Kliniken Westend. Das Gebäude erinnert an aufeinander gestapelte Container. Jordans Fachgebiet ist die Hyperthermie, ein vergleichsweise altes Verfahren, bei dem Tumore unter Wärmeeinwirkung eingeschmolzen werden. Zig Male habe er bei den Therapien zugeschaut, gehört, wie der Arzt sagte, wenn man doch bloß ein paar Grad höher käme. Man kann aber zum Beispiel ein Gehirn nicht auf 44 Grad erhitzen, denn dann schmilzt nicht nur der Tumor.

Dann kamen die Nanopartikel. Milliarden werden mit der Nadel in den Tumor eingebracht, verbreiten sich wie ein Farbklecks. Massenhaft dringen die Partikel direkt in die 1500 Mal größeren Krebszellen ein. „In dem Moment, wo ich den Strom einschalte, kommt die große Hitze“, sagt Jordan. Im Versuchstier sterben die Krebszellen binnen einer halben Stunde, ihre Trümmer werden von Fresszellen abgeräumt. Im Herbst hofft Jordan den ersten Menschen zu behandeln.

Fantastische Bilder hängen in Jordans kleinem Konferenzzimmer: Winzige U-Boote und Mini-Roboter bei der Arbeit in menschlichen Adern. Ist das seine Vision? Nein, sagt Jordan, das ist Kunst, Kunst aus Drexlers Foresight-Institute, für jederman im Internet zu betrachten. Dann springt Jordan auf, fischt einen Stift aus der Kitteltasche. Da gebe es eine Gruppe an der Cornell-Universität im Staat New York, die hätten als erste einen Nanopropeller konstruiert, ein Mischwesen aus organischer und anorganischer Materie. Jordan malt einen Propeller an die Tafel, darunter hätten die Kollegen ein Enzym gepropft, das ATP spalten kann, Adenosintriphosphat, der Zellbrennstoff. Das ganze Ding ist nicht größer als ein Virus und der Propeller entwickelt sogar einen Vortrieb.

Es gibt sie also, die Nano-Maschinen. Nur in Serie gehen sie nicht. Aus einem simplen Grund. Wenn schon ein einzelner Punkt aus fünf Millionen Kohlenstoffatomen besteht, dann dauert es ziemlich lange, irgendetwas Komplizierteres Atom für Atom zu fertigen – und sei es auch nur eine Erdbeere. Dazu bedarf es einer Art Maschine. Einen Assembler, wie Eric Drexler das nennt, ein Mechanismus, der in der Lage wäre, selbsttätig sinnvolle Strukturen zu schaffen. Und es gebe keinen Grund, warum das nicht funktionieren sollte. Immerhin gibt ja ein reales Vorbild in der Natur: die Ribosomen nämlich, kleine Molekularfabriken, die in jeder Zelle Proteine herstellen.

An diesem Punkt erreichte die Diskussion die Feuilletons. Bill Joy betrat die Szene. Der Chefdenker der Computerfirma Sun Microsystems und Erfinder der Computersprache „Java“ stellte eine Frage: Würde die Zukunft uns noch brauchen? Denn, man stelle sich vor, die von uns kreierten Schöpfungen würden sich selbsttätig reproduzieren. Das geringste Problem wäre noch, dass wir unter einem Berg Erdbeeren erstickten, sozusagen die zeitgemäße Form des Zauberlehrlings. Wir würden ja dann auch völlig neue Wesen in die Welt setzen, nicht organisch, nicht anorganisch, sondern irgendwo dazwischen, Roboter, manche nur virengroß. Sie würden sich fortpflanzen. Und nanokleine Bauteile würden ihnen zu einer Rechenkapazität verhelfen, die das menschliche Gehirn in allen Belangen überträfe.

Zumindest für bösartige Nano-U-Boote kann Andreas Jordan einstweilen Entwarnung geben. Die propellergetriebenen Maschinchen zum Beispiel, interessante Grundlagenforschung, unbedingt, aber, Entschuldigung, das sei doch Spielkram. „Was meinen Sie, was die körpereigene Abwehr mit so einem U-Boot veranstalten würde? Das würde vernichtet, ganz schnell.“

Der andere Strang der Diskussion war weniger fantastisch, spielt sich bis heute eher in den Wirtschaftsteilen ab. Denn sie kommen jetzt auf den Markt, Produkte, deren Entstehung auf Nanotechnologie beruht. Keine Roboter, sondern Oberflächenbeschichtungen, kratzfest und schmutzresistent, viele sogar Made in Germany. Unspektakulär. Trotzdem, der Verein Deutscher Ingenieure schätzt das Geschäftsvolumen für das gerade vergangene Jahr auf mindestens 105 Milliarden Mark. Die amerikanische National Science Foundation geht für 2015 von einem Marktpotenzial von 1,5 Billionen Mark aus.

Das Rennen um dieses Potenzial hat längst begonnen. Die USA haben die nanotechnologische Forschung allein im vergangenen Jahr mit 420 Millionen Dollar gefördert. Japan investierte 410 Millionen Dollar und die Bundesrepublik stellte immerhin 140 Millionen Euro für die Nano-Forschung bereit.

Ein Reich mit eigenen Gesetzen

In Bimbergs Kompetenzzentrum deutet auf den ersten Blick nichts darauf, dass diese Zukunft schon begonnen hat. Keine U-Boote, nicht einmal im Modell, keine Nano-Computer, statt dessen ein PC, eine Bücherwand und eine Wodkaflasche im Regal – mit Bimbergs Konterfei auf dem Etikett. Ein Andenken aus St. Petersburg, vom Kollegen Alferov, Zhores Alferov, Nobelpreisträger für Physik des Jahres 2000 und Kooperationspartner der Berliner. Bimbergs Werk hängt draußen im Flur, ganze Serien von Schwarz- Weiß-Aufnahmen, die alle gleich aussehen: Kleine, hellgraue Bälle vor schwarzem Hintergrund, einer neben dem anderen, Reihe für Reihe und in der Bildmitte eine Art Pyramide, ebenfalls geformt aus hellgrauen Bällen. Man könnte sie für Ufos halten. Tatsächlich sind es Aufnahmen, wie sie Sebastian Becker und Kollegen einen Stock tiefer mit dem Rastertunnelmikroskop machen. Die Pyramiden, die sich schemenhaft aus dem Meer der Atome erheben, sind so genannte Quantenpunkte, einer wie der andere. „Wir produzieren in der Sekunde 100 Milliarden pro Quadratzentimeter, wir nennen das massiv-parallele Herstellung.“

Das ist sie, die Selbstorganisation anorganischer Materie, Eric Drexler würde es einen Assembler nennen. Und es klingt simpel: Bimbergs Gruppe leitet Gas über die heiße Oberfläche eines Kristalls, das Gas zerfällt in seine Bestandteile. In der Computeranimation sieht das so aus, als ob Atome auf eine Platte purzelten. Und die, denen es unten zu eng wird, die türmen sich zur Pyramide.

Bimberg geht es nicht um Roboter, Bimberg geht es ums Ganze. Das Merkwürdige am Reich der nanokleinen Teilchen ist, dass es seine eigenen Gesetze hat. Und diese Eigenschaften sind es, die den größten Gewinn versprechen, versucht uns Bimberg zu erklären. Nanoteilchen seien so klein, dass sie von einer Barriere nicht mehr zurückgeworfen würden wie ein Ball, den man gegen eine Mauer schleuderte, sie müssten auch nicht drüber weg klettern, sie gingen mitten durch. Für sie gelten nicht die Gesetze der klassischen Physik, für sie gelten die Gesetze der Quantenmechanik.

Die Quantenphysik ist über 100 Jahre alt. Sie hat mit Energieübertragung zu tun. Studenten der Physik beschäftigen sich damit im dritten Semester, und im vierten haben sie es immer noch nicht verstanden. Aber ohne Quantenphysik hätte es weder einen modernen Computerchip gegeben, keinen Halbleiter-Laser auch nicht den Kernspintomographen gegeben. Die Wissenschaftszeitschrift „Scientific American“ schätzt, dass etwa ein Drittel des Bruttoinlandsproduktes der USA auf Erfindungen beruht, die die Quantenphysik ermöglicht hat.

Noch regiert der Lötkolben

Was also die klassische Physik mit ihren Gesetzen der Mechanik für das Industriezeitalter bedeutete, ist die Quantenphysik für das Zeitalter des Mikrochips. Und wenn Bimberg Recht hat, liegen noch ziemlich fette Jahre vor der Quantenphysik.

Bimberg beteiligt sich mit seiner Gruppe an einem weltweiten Wettrennen mit vier oder fünf anderen Instituten. Es geht um neuartige Laser. Bimbergs Quantenpunkte emittieren violettes Licht in einer ungewöhnlichen Wellenlänge. Nur weil die Partikel wenige Nanometer groß sind, nur weil man ihre Geometrie verändert hat, verhält sich das Ausgangsmaterial vollkommen anders, „und wir lernen erst, dieses Verhalten zu kontrollieren“. Der nächste Schritt werde sein, die Geometrie der Quantenpunkte so zu verändern, dass sie grün oder blau abstrahlen. Und dann, dann hat Bimberg einen Laser, stecknadelkopfgroß. Und das würde jeden Haushalt verändern, weil nämlich dann in jedem Haushalt ein Laserfernseher stünde.

Ein neuer Fernseher, ist das der Beginn einer neuen Epoche? Bimberg reagiert ein wenig verärgert, so als ob wir nicht verstanden hätten. Mal ganz abgesehen davon, dass der Fernseher allenfalls 15 Watt verbrauchen würde und nicht 100 wie heute, beim Fernseher wird es nicht bleiben. Der UV-Laser mit seiner viel kürzeren Wellenlänge wird die Kapazität unserer Datenträger vervielfachen. Und in unseren Rechnern würde Licht aus Quantenpunkten den Datenfluss organisieren. Sie würden das 100fache gegenüber den heutigen Modellen leisten.

Auch das wäre erst der Anfang. Werden heute noch viele tausend Elektronen für einen Schaltvorgang selbst in den kleinsten Transistoren benötigt, könnte dies in Zukunft ein einziges Elektron mit entsprechend vieltausendfach kleinerem Energieaufwand bewerkstelligen. Und neue Rohstoffe für neue Technologien werden wir auch keine mehr brauchen. Stattdessen werde es auf Rezepte ankommen, mit denen die Ingenieure die Materialeigenschaften ihrer Wahl konstruierten. Bimberg entwirft das Bild einer Welt, in der anorganische mit organischer Materie verschmilzt, in der sich die Grenzen zwischen Physik, Chemie und Biologie auflösen. Beinahe so, wie Drexler es versprochen hat. Wie lange das dauert? Vielleicht 20 Jahre, vielleicht länger.

In der Nacht, vierter Stock, Labor für Rastertunnelmikroskopie. Sebastian Becker flucht, sucht Lötzinn in irgendeiner Schachtel, dann stochert er mit dem Lötkolben in einem geöffneten Computer herum. Irgendetwas ist kaputt, jedenfalls kommt kein Bild mehr zu Stande. Sie waren wohl doch vergeblich, die letzten vier Tage. Und nun? „Geduld“, sagt er, „in der Forschung brauchen Sie Geduld.“

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