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5.2. Erläuterungen zu Modulteil 1: PowerPoint-Präsentation
„Nanotechnologie in Wirtschaft und Gesellschaft“
In diesem Teil befinden sich Erklärungen zu den einzelnen Modul-Folien sowie ergänzende Erläuterungen, Hinweise, Tipps und Hintergrund-Informationen. Diese Informationen sollen primär die Lehrpersonen bei der Unterrichtsvorbereitung unterstützen. Die Gesamtpräsentation des Nanowirtschaft-Moduls umfasst insgesamt 26 Einzelfolien.
Einführung: Titel u. Präsentationsgliederung Folien 01 – 02 (= 02 Folien)
Themenfeld 2: Wirtschaftliche Bedeutung der Nanotechnik Folien 05 – 18 (= 14 Folien)
Themenfeld 3: Politik und Gesellschaft Folien 19 – 25 (= 07 Folien)
Zusammenfassung: Folie 26 (= 01 Folie)
Folie Nr. 01: Titelfolie Folie Nr. 02: Gliederung
Übersicht der behandelten Modul-Themen. Der Gliederungsvorschlag umfasst eine schrittweise Behandlung des Moduls in 3 Punkten, die dann hilfreich ist, wenn die Lernenden bereits über gewisse Grundkenntnisse zum Thema „Nanomaterialien / Nanotechnik“ verfügen.
Folie Nr. 3 + Folie Nr. 4: Grundlagen Nanomaterialien und Nanotechnik
Wenn keine Grundkenntnisse zum Thema „Nanomaterialien / Nanotechnologien“ vorhanden sind, empfiehlt es sich, die beiden Folien durch relevante Folien des "Grundlagen-Moduls" / Swiss Nano-Cube (Link: http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m) zu ergänzen (z. B. aus den Teilen 1, 2, 4 und 5). Folie Nr. 05: Themen/Wirtschaftliche Bedeutung der Nanotechnologien in der Schweiz
Unter Verwendung der Folien 5 bis 18 werden die Fragen dieser Folie behandelt.
Folie Nr. 06: Erfindungen aus dem Nano-Bereich, für die Patentschutz beantragt wurde
Die Folienabbildung zeigt die Anzahl der Erfindungen aus dem Nanotechnologie-Bereich für welche Patentschutz beantragt worden ist. Die Daten beziehen sich auf die Einwohnerzahl für die Jahre 1980 bis 2005. (Weitere Infos: Swiss Nanotech Report 2010, Seite 39 (Link: http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/91537 ) Folie Nr. 07: Forschungs- und Entwicklungs (F&E)-Institutionen in der Schweiz
Forschung auf dem Nanogebiet wird in der Schweiz gross geschrieben. Die Folie enthält eine Auswahl von F & E-Institutionen in den verschiedenen Kantonen. Auf der Folie nicht enthalten sind Unternehmen, welche sich gleichermassen intensiv mit der Nano-Forschung und –Entwicklung auseinandersetzen. Folie Nr. 08: Ausgewählte Forschungseinrichtungen in der Schweiz
Während Folie Nr. 7 keine Industrie-Unternehmen ausweist, welche auf dem F u. E-Gebiet tätig sind, enthält Folie Nr. 08 sowohl Institutionen aus Lehre sowie der Industrie.
Folie Nr. 09: F + E-Aufwendungen für Nanotechnik nach Wirtschaftszweig und Firmengrösse
Die Folie zeigt die Forschungs- und Entwicklungs-Aufwendungen für KMUs sowie Grossunternehmen. Während KMUs sich primär auf die Entwicklung verschiedener „Nischenprodukte“ konzentrieren, dominieren bei den grossen Firmen mit 30% Forschungsaktivitäten auf dem Pharmagebiet.
Folie Nr. 10: Weltmarktvolumen der Nanotechnik bis 2015
Publizierte Umsatzzahlen für Nanoprodukte und –technologien gibt es viele. Ein Vergleich der Daten der verschiedenen Marktforschungsinstitute und Investor Relation-Experten ist häufig nicht möglich, da Details der einzelnen Erhebungen oft nicht transparent sind. Die Abbildung zeigt den Entwicklungsverlauf der Nanotechnik-Umsatzzahlen in Mrd € für den Zeitraum 2000 bis 2015 aus 6 verschiedenen Marktstudien. Grundsätzlich ist anzumerken, dass die meisten Prognosen vor mehr als 5 Jahren vorgenommen wurden; aktuellere Trends und Entwicklungen flossen in die Betrachtungen somit nicht ein. Achtung: Die €-Einteilung auf der y-Achse wurde im logarithmischen Massstab vorgenommen.
Folie Nr. 11: Umsetzungsstärke bzgl. Nanotechnologien verschiedener Länder
Was Patentanmeldung bzgl. Nanoprodukte / Nanotechnologien anbetrifft, nimmt die Schweiz eine Spitzenstellung ein. Anders sieht es bzgl. der technologischen Umsetzungsstärke aus - hier bewegt sich die Schweiz im Mittelfeld; der Fokus liegt dabei primär im Nischenprodukt-Bereich.
Folie Nr. 12: Globale Investitionen in Nanotechnik
Auch das Zahlenmaterial für global getätigte Investitionen in die Nanotechnik hinkt der Zeit hinterher. Die in der Grafik aufgezeigten Investitionen stammen aus dem Jahr 2003 - Japan sowie die USA nehmen hier die Spitzenplätze ein. Jedoch dürften auch in einer aktuellen Rangliste die beiden Länder eine Spitzenstellung einnehmen.
Folie Nr. 13: Nanoanwendungen in der Schweizer Industrie
Im Auftrag der Suva wurde 2007 eine Umfrage zur Verwendung von synthetischen Nanomaterialien in Industrie, Gewerbe und Handel durchführt ( «Institut de Santé au Travail»). Die Studie wurde unterstützt durch die Bundesämter für Gesundheit (BAG) und Umwelt (BAFU), das Staatssekretariat für Wirtschaft (SECO) sowie durch das französische Institut für Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz (AFSSET). Es wurde geschätzt, dass im Jahr 2007 in der Schweiz rund 600 Betriebe Nanomaterialien eingesetzt haben. Die Studie untersuchte:
wie, wo und in welchen Mengen synthetische Nanomaterialien in der Schweizer Industrie eingesetzt werden
wie viele Arbeitnehmende damit potenziell in Kontakt kommen
welche Schutzmassnahmen für Arbeitnehmende bzw. die Umwelt angewendet werden Das Kreisdiagramm auf Folie 13 zeigt die sektorielle Verteilung der Anwendungen von Nanomaterialien innerhalb der Schweizer Industrie. Hauptanwender von Nanomaterialien sind die Chemische Industrie, Auto-Zulieferfirmen, die Elektrotechnik sowie der Handel.
Folie Nr. 14: Geografische Verteilung von Mikro- und Nanoaktivitäten in der Schweiz
Die Folie ist selbsterklärend.
Folie Nr. 15: Nano-Industrieunternehmen in der Nordwestschweiz
In der Nordwestschweiz gibt es eine Vielzahl von Unternehmen, die sich mit Forschung und Entwicklung von Nanoprodukten und -anwendungen sowie der Herstellung von Nanomaterialien befassen. Die Folie zeigt exemplarisch die Logos einiger dieser Firmen.
Folie Nr. 16 + 17: Informationen und Daten zur Nanotechnik in der Schweiz
Bereits das Kreisdiagramm auf Folie 13 basiert auf Ergebnissen einer „Suva-Umfrage" aus dem Jahr 2007. Die in den beiden Folien 16 und 17 enthaltenen Informationen stammen gleichfalls aus dieser Studie.
Auf Folie 17 wird darüber hinaus im zweiten Folienteil darauf hingewiesen, dass es den beiden Physikern Heinrich Rohrer und Gerd Binnig 1981 im IBM-Forschungslabor in Rüschlikon bei Zürich gelungen ist, Nanomaterialien sichtbar zu machen; gemeinsam entwickelten sie das Rastertunnelmikroskop. Mit diesem Instrument liessen sich erstmals die kleinsten Teilchen – Atome und Moleküle – sichtbar machen, neu arrangieren und erforschen. Rohrer und Binnig schufen damit den Grundstein für die Nanotechnologie. Für ihre Erfindung erhielten sie 1986 den Nobelpreis für Physik Folie Nr. 18: Ausgewählte Anwendungsfelder für Nanotechnologien
Diese Folie zeigt wirtschaftlich wichtige Branchen und Anwendungsbereiche für Nano-
technologien resp. –materialien. Es wird deutlich, wie breit das Spektrum von Nano-
Anwendungen ist.
Die Begriffe in Spalte 1 zeigen verschiedene Anwendungsbereiche für innovative
Nanomaterialien und –technologien.
In den Spalten 2 bis 4 werden die Entwicklungsstadien aufgezeigt, in denen sich die jeweilige
Anwendung befindet.
Da verschiedene Begriffe der Zusammenstellung nicht selbsterklärend sind, befinden sich im
nachfolgenden Glossar entsprechende Erklärungen.
Verschiedene Anwendungen werden gleichfalls in den „Zusatzfolien“ in Anlage 1
beschrieben (Automobil, Medizin (Krebsbehandlung mit Nanoeisen-Partikeln), OLED)
Glossar:
Interferenzlacke: Lacke, die je nach Lichteinstrahlung eine andere Farbe aufweisen.
Lab-on-a-Chip-Systeme: ein System, welches die Funktionalität eines grossen Labors
aufweist, und mit dem man geringste Mengen einer Flüssigkeit umfassend analysieren kann.
OLED: dt. organische Leuchtdiode, sind günstiger in der Herstellung als herkömmliche
Leuchtdioden, weisen jedoch eine längere Lebensdauer auf ( siehe auch unter Anlage 1).
Strained Silicon: dt. „gestrecktes“ Silicium; wird verwendet, um schnellere Prozessoren für
Computer herzustellen
Kolloide: Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die im Dispersionsmedium
(Feststoff, Gas oder Flüssigkeit) fein verteilt sind.
Folie Nr. 19: Themen/Politik und Gesellschaft
Unter Verwendung der Folien 19 bis 25 werden die Fragen dieser Folie behandelt. Folie Nr. 20: Öffentliche Wahrnehmung und Gewissen
Neue Technologien bergen neben Chancen auch immer Risiken. Damit sich eine neue
Technologie durchsetzen kann, muss sie gesellschaftlich akzeptiert werden. Dies bedeutet, dass sie von der Öffentlichkeit sowie der Politik als nützlich eingestuft wird und, dass der Nutzen grösser ist, als potentielle Risiken. Technologie-Debatten (z.B. über „Grüne Gentechnik“) in Europa haben gezeigt, dass solche Auseinandersetzungen sehr polarisierend ablaufen können. In Fällen, wo Technologien für Konsumenten keinen erlebbaren Nutzen erkennen lassen (z.B. Gentechnik bei Lebensmitteln) oder wo es zu grösseren Unfällen gekommen ist (z.B. Fukushima) verlieren Technologien rasch an Akzeptanz. Verbraucherverhalten bzgl. Nanomaterialien resp. Nanotechnologien:
TA-SWISS ist ein Zentrum für Technologiefolge-Abschätzung in der Schweiz. Seit 1992
schätzt TA-SWISS Auswirkungen neuer Technologien ab und berät das Schweizer Parlament
und Bundesrat prospektiv in Wissenschafts- und Technologiefragen. Zudem hat die TA-
SWISS 2013 eine umfangreiche Studie zum Thema "Nanomaterialien: Auswirkungen auf
Umwelt und Gesundheit" veröffentlicht. Die Sudie informiert sehr umfassend über die Nano-
Thematik und ist unter folgendem Link via Internet verfügbar:
Link: http://www.vdf.ethz.ch/vdf.asp?isbnNr=3559
Folie Nr. 26: Zusammenfassung
Folie 26 fasst die wichtigsten Inhalte des Moduls „Nanotechnologie in Wirtschaft und Gesellschaft" zusammen
Ergänzend zu den 26 Folien befinden sich in Anlage 1 zu diesem Modulteil verschiedene zusätzliche PowerPoint-Präsentationsfolien. Sie können hilfreich sein wenn - die Themen Nano-Wirtschaft / Nano-Innovation nicht nur allgemein, sondern (zusätzlich)
an einem konkreten Anwendungsbeispiel erläutert werden soll (z.B. spezifisch Automobilbranche)
- zusätzlich zur wirtschaftlichen Betrachtung der Nanothematik interessante
Anwendungsbeispiele aufgezeigt werden sollen. 5 - 17 der Anlage 1 Gleichermassen befinden sich auch auf der Swiss Nano Cube-Webseite zahlreiche weitere hilfreiche Anwendungsbeispiele, Informationen sowie Folien (NanoTeachBox), die im Rahmen des Unterrichts verwendet werden können.
5.3. Erläuterungen zu Modulteil 2: Lernaufgabe (Gruppenarbeit)
Für den Modulteil 2 müssen 90 Minuten Zeitbedarf eingeplant werden.
In einem ersten Schritt führt die Lehrperson unter Verwendung der PowerPoint-
Präsentationsfolien Folien 1 – 8 in die Gruppenarbeit ein. Dabei definiert sie die Anzahl
Lernende pro Arbeitsgruppe und gibt den Zeitrahmen für die Beantwortung der gestellten
Fragen bekannt.
Hinweis:
Die Folien 1 – 8 werden von der Lehrperson vor Beginn der Gruppenarbeit verwendet. Die Folie 9 wird im Rahmen der Zusammenfassung nach der Gruppenarbeit gezeigt.
Folie 1: Titelfolie zur Lernaufgabe (Gruppenarbeit)
Die Folie zeigt den Aufbau eines Nano-Transportsystems (Nanotope®)
Folie 3: Medizinische Nanoapplikationen
Im Medizinereich gibt es inzwischen eine Vielzahl von Nanoanwendungen (Details siehe „Nanomedizin-Modul" auf der Swiss Nano Cube-Internetseite (http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m10 ). Mit einem Anteil von 54 Prozent der Anwendungen nimmt dabei das Thema Nanotransport eine Schlüsselstellung ein. Folie 4: Vergleich Eindringtiefe von Mikro- und Nanotransporter in die Haut
Auf dieser Folie wird eine vergleichende Betrachtung der Eindringtiefe von Mikro- gegenüber
Nano-Transportsystemen angestellt.
Abbildung links:
In der Hautskizze erkennt man, dass sich Mikro-Transportsysteme beim Eincremen
weitgehend auf der Hautoberfläche befinden und die Creme-Tröpfchen sich beim Eincremen
nur schwierig verteilen lassen.
Nano-Transporter hingegen dringen in die tieferen Hautschichten ein und verteilen sich beim
Einreiben sehr viel besser.
Abbildung rechts:
Messungen an menschlicher Haut unter Verwendung von Mikro- und Nano-
Transportsystemen zeigen, dass der mit Nano-Systemen transportierte Wirkstoff sehr viel
besser die tieferen Hautschichten mit Vitaminen versorgt als ein entsprechendes Mikro-
System; bei letzterem erreichen nur sehr kleine Vitaminmengen den eigentlichen Zielort.
Folie 5: Übersicht: Mikro- und Nanotransportsysteme Die Abbildung zeigt den Grössenunterschied zwischen Mikro- und Nano-Transportsystemen. Während Liposome meist eine Grösse von mehreren Hundert Nanometer ausweisen, haben z.B. Nanotopes
® eine Grösse von nur 20 bis 40 nm.
Für die Verwendung zum Transport von Wirksubstanzen (z.B. Vitamin E) in Hautpflegemittel erreicht man so mit den Nano-Transportsystemen eine tiefere Eindringtiefe in die Haut. Folie 6: Abbildung einer Anlage zur Herstellung von Nano-Transporter
Die Abbildung zeigt eine mit einem Deckel geschlossener Reaktionskessel für die Herstellung
von Nano-Transportsystemen. Die Anlage wird von einer Schaltwarte aus bedient (Kontrolle
und Regelung der notwendigen Herstellungsparameter). Wesentliche Bestandteile sind ausser
dem Kessel ein Rühraggregat (blaue Farbe), Temperaturfühler, ein steuerbares Heiz-
/Kühlsystem, Pumpen zum Zudosieren der jeweiligen Rohstoffe sowie dem Endprodukt; die
Energieversorgung der einzelnen Anlagenteile erfolgt mit elektrischem Strom.
Folie 7: Gruppenarbeit: Beantwortung von 3 Fragen
Die Folie beinhaltet die 3 Fragen, welche die Lernenden in der Gruppenarbeit beantworten
müssen. Die Fragen befinden sich gleichfalls im Handout.
Folie 8: Produktionskette Drug Delivery Systeme
Die Folie zeigt schematische die verschiedenen Schritte, welche ein Mikro- resp. Nano-
Transportsystem von der Herstellung bis zum Detailhändler durchläuft. Die Folie dient als
Hilfsmittel bei der Beantwortung der drei Fragen.
Nach Klärung allfälliger Fragen der Lernenden werden die Schüler in die Gruppenarbeit
entlassen
Die nachfolgenden 3 Tabellen beinhalten die Antworten auf die 3 gestellten Fragen und dienen in erster Linie der Lehrperson als Hilfsmittel bei der Diskussion der Gruppenergebnisse. Die Tabellen sind in Form von PowerPoint-Präsentationsfolien gleichfalls in der Foliensammlung zur Gruppenarbeit enthalten (Folien 10 bis 12), so dass sie bei Bedarf in Zusammenhang mit der Präsentation der Gruppenergebnisse gezeigt werden können.
Antwort auf Frage 1: Vergleich - Vorteile / Nachteile von Nano-
und Mikro-Transportsystemen bei Anwendung in Körperpflegemittel
6.1. Informationen zu wirtschaftliche Bedeutung von Nanotechnologie in
der Schweiz
Swiss Nano-Cube http://www.swissnanocube.ch/
Module auf der Swiss Nano-Cube-Homepage http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/
Studie der TA-SWISS "Nanomaterialien: Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit" http://www.vdf.ethz.ch/vdf.asp?isbnNr=3559
Studie "Swiss Nano Inventory" (Schmud, Danuser & Riediker, 2008) http://www.suva.ch/ist-nanoinventory.pdf
Swiss Nano-Cube Modul "Nanomedizin" http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m10
Code of Conduct der IG DHS http://www.igdhs.ch/sites/default/files/080205_ig_dhs_coc_nanotechnologien_de.pdf
Migros Code of Conduct Nanotechnologie http://www.migros.ch/mediaObject/GenM/docs/de/CoC_Nanotechnologien_final_16_01_09/original/CoC_Nanotechnologien_final_16_01_09.pdf
Coop Code of Conduct Nanotechnologie http://www.coop.ch/pb/site/nachhaltigkeit/node/64238651/Lde/index.html
Manor Code of Conduct Nanotechnologie http://www.manor.ch/de/u/nachhaltigkeit-nanotechnologien
Denner Code of Conduct Nanotechnologie http://www.denner.ch/de/ueber-uns/nachhaltigkeit/nanotechnologie/
Datenbank des dänischen Umwelt- und des Verbraucherschutzrates http://nanodb.dk/
Datenbank des BUND e.V. Deutschland http://www.bund.net/nc/themen_und_projekte/nanotechnologie/nanoproduktdatenbank/produktsuche/
Datenbank des Forschungszentrums Woodrow Wilson Center for Scholars http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/
Studie "Nanotechnologie: Verbraucherwahrnehmung und verbraucherpolitische Handlungspotentiale" (Reisch & Bietz, 2011) http://www.verbraucherportal-bw.de/servlet/PB/show/2905523/Abschlussbericht%20Nanotechnologie%20V-Wahrnehmung%20und%20v-pol%20Handlun
Studie "Nanotechnologie: Verbraucherwahrnehmung und verbraucherpolitische Handlungspotentiale" (Bietz, Reisch & Perz, 2013) http://www.nanoportal-bw.de/pb/site/nanoportal-bw/get/documents/nanoportal-bw/Objekte/pdf/Nano-Dialog%20BaW%C3%BC/Vorstudien/Vorstudie_Verbraucherwahrnehmung_Nanotechnologie_Aktualisierung_2013.pdf
6.2. Informationen zur Gesellschaft und Politik
Studie "Nanotechnologien: Was Verbraucher wissen wollen" (Grobe et al., 2012) http://www.risiko-dialog.ch/themen/nano-gen-und-biotechnologien/publikationen/569-neue-studie-nanotechnologien-aus-der-sicht-von-konsumenten-was-verbraucher-wissen-und-was-sie-wissen-wollen
Studie "Nanotechnologie: Verbraucherwahrnehmung und verbraucherpolitische Handlungspotentiale" (Bietz, Reisch & Perz, 2013) http://www.nanoportal-bw.de/pb/site/nanoportal-bw/get/documents/nanoportal-bw/Objekte/pdf/Nano-Dialog%20BaW%C3%BC/Vorstudien/Vorstudie_Verbraucherwahrnehmung_Nanotechnologie_Aktualisierung_2013.pdf
Internet-Plattform des Bundes "InfoNano" http://www.bag.admin.ch/nanotechnologie/
Bericht über BAG NANO-Dialogplattform: Konsumenten-Informationen zu Nano-Produkten http://www.bag.admin.ch/nanotechnologie/12197/12501/