Nanotechnologie ist teilweise möglich, weil Werkzeuge entwickelt wurden, um Materieteilchen mit einem Durchmesser von einem Nanometer (nm) oder kleiner zu sehen. Das ist weniger als ein Milliardstel Meter.

Als die Idee der Nanotechnologie in den 1960er Jahren entwickelt wurde, war es genau das – eine Idee. Wissenschaftler konnten nicht viel tun, um Nanotechnologie geschehen zu lassen, da sie nicht die Werkzeuge hatten, zum am nanoscale zu sehen oder zu arbeiten. In gewisser Weise hat sich die Nanotechnologie neben der Entwicklung von Mikroskopen weiterentwickelt.

Optische Mikroskope

Optische (Licht-)Mikroskope gibt es schon seit vielen Jahren. Mit einem modernen Lichtmikroskop können Sie Vergrößerungen von über 2000-fachen erzielen. Dies ist genug, um in pflanzliche und tierische Zellen zu sehen, aber nicht im Detail. Die Hauptgrenze ist die Wellenlänge des Lichts. Tatsächlich sind viele nanoskalige Objekte so klein, dass das auf sie gerichtete Licht verfehlt wird und daher nicht reflektiert wird, damit wir es sehen können. Dies bedeutet, dass Objekte von weniger als 300 nm unter einem Lichtmikroskop verzerrt werden.

Elektronenmikroskope

Um die Dinge mehr zu vergrößern, wurde ein neues Werkzeug entwickelt. Dies geschah 1931 mit der Erfindung des Elektronenmikroskops. Elektronenstrahlen werden auf eine Probe fokussiert. Wenn sie darauf treffen, werden sie gestreut, und diese Streuung wird verwendet, um ein Bild neu zu erstellen. Ein Elektronenmikroskop kann verwendet werden, um Dinge über 500.000 Mal zu vergrößern, genug, um viele Details in Zellen zu sehen. Es gibt verschiedene Arten von Elektronenmikroskopen. Ein Transmissionselektronenmikroskop kann verwendet werden, um Nanopartikel und Atome zu sehen.

Rastersondenmikroskope

Um Atome im Detail zu sehen, wurde ein Werkzeug benötigt, das nicht auf Licht oder Elektronenstrahlen angewiesen war. Dies geschah in den 1980er Jahren mit der Entwicklung von Rastersondenmikroskopen. Wenn Sie mit dem Finger über eine Oberfläche fahren, z. B. Papier oder Teppich, können Sie feststellen, wie glatt oder rau sie ist. Ein Rastersondenmikroskop arbeitet auf ähnliche mechanische Weise, verwendet jedoch einen nanoskaligen Finger.

Es gibt verschiedene Arten von Rastersondenmikroskopen, die auf leicht unterschiedliche Weise arbeiten:

• Ein Rasterkraftmikroskop hat eine sehr feine Spitze, manchmal nur ein Atom breit, die über eine Probenoberfläche gezogen wird. Die Spitze erhebt sich über Atome und fällt in die Zwischenräume. Der Aufstieg und Fall sind so klein, dass ein Laser verwendet wird, um die Bewegung aufzuzeichnen. Ein Computer verwendet die Informationen, um 3D-Bilder von Atomen zu erzeugen. Sie sehen das Bild auf einem Computerbildschirm, nicht durch ein Okular wie in optischen Mikroskopen.

• Das Rastertunnelmikroskop misst Änderungen des elektrischen Stroms zwischen der Sondenspitze und den Atomen auf einer Probenoberfläche.

• In einem Magnetkraftmikroskop erfasst die Spitze Änderungen in der magnetischen Struktur der Oberfläche auf atomarer Ebene.

Diese Rastersondenmikroskope waren die Werkzeuge, auf die Wissenschaftler gewartet hatten. Die Nanotechnologie hat begonnen. Es konnten nicht nur Atome gesehen werden, es wurde auch festgestellt, dass die Spitzen der Mikroskope verwendet werden konnten, um einzelne Atome zu fangen und zu bewegen. Wissenschaftler konnten aus wenigen Atomen Bilder wie Buchstaben und Smileys machen. Im Ernst, dieses neue Werkzeug bedeutete, dass es möglich war, an einem der Träume einiger Nanotechnologen zu arbeiten – dem Bau von nanoskaligen Objekten Atom für Atom.