Bionik - top down - bottom up

Was ist Bionik??

Bionik bedeutet Entschlüsselung der "belebten Natur", und wie man diese in die Technik umsetzt.

In diesem Bereich arbeiten Philosophen, Architekten und Designer zusammen.

Der top-down-Prozess

1. Man definiert das Problem

2. Man sucht nach Vorbildern (Analogien) in der Natur

3. Man analysiert diese Vorbilder

4. Man sucht Lösungen des Problems und orientiert sich an der Natur

so hat das auch Otto Lilienthal gemacht. Er hat erst den Wunsche geäußert, zu fliegen. Dann hat er das Vorbild in der Natur gefunden, große Vögel. Er hat sich die Flügel der Vögel angeschaut und somit seinen ersten Prototypen gebaut.

Der bottom-up-Prozess

1. Biologische Grundlagenforschung

2. Man erkennt und beschreibt das zu Grunde liegende Prinzip

3. Man verdeutlicht dieses Prinzip und übersetzt es in nicht fachspezifische Sprache (Abstraktion)

4. Man sucht eine mögliche technische Anwendung

5. Designer, Architekten und Techniker entwickel zusammen die technische Anwendung

Ein Beispiel ist: Der Lotuseffekt.

Die Lotuspflanze reinigt sich selbst, dass ist das Prinzip in der Natur (Punkt 1,2 & 3).

Wissenschaftler versuchen nun den Lotuseffekt nachzuahmen und Produkte zu erstellen die sich selbst reinigen (Punkt 4 & 5).

Grüße, Meike

NANOSILBER- ist es wirklich bakterienabtötend?- Der Versuch

Um herauszufinden, ob das was überall über Nanosilber behauptet wird auch wirklich wahr ist, haben wir einen Versuch gestartet.
Zuerst haben wir Nanosilber einmal selbst hergestellt. Dabei hatten wir 3 Vorschlagsrezepte zur Auswahl. Wir haben hier mit den Autoren vom Blog CaPh zusammen gearbeitet und haben uns für folgendes Rezept entschieden :

• C=10^-4 mol/l Silbernitratlösung ( Bei Silbernitratlösung sehr vorsichtig sein, es ist ätzend und kann somit bewirken, dass eure Hand schwarz wird.)
• wenig Soda
  
• wenige Tropfen Tannin

Nachdem man die "Zutaten" mit 1L Wasser zusammengemischt hat, muss man sie erhitzen, bis es eine Goldgelbe Lösung gibt. (Wie ihr bei unserem Bild sieht ist es leider ein wenig zu dunkel geworden.)
Danach nimmt man ein Fertignährboden und teilt ihn in 2 Teile. Die eine Seite des Nährboden bestreicht man mit Nanosilber und die andere mit Wasser. ( Wir wollten auf Nummer sicher gehen und haben unseren Nährboden in 3 Teile geteilt. Den einen haben wir mit unserem Nanosilber bestrichen, den anderen mit einem sehr gut gelungenen Nanosilber und die 3te Hälfte mit Wasser.) Nach dem bestreichen, fügt man jedem abgetrennten Teil Bakterien zu. Wir haben z.B einen Wasserhahn genommen.
Zum Schluss muss man es dann für ca. 3 Tage in einem warmen Schrank (Temperatur ca. 25°) lagern. Wenn man es dann wieder herausnimmt kann man sehr gut sehen, das an der Stelle, wo das Nanosilber war sich keine Bakterien gebildet haben.
Also kann man als Fazit sagen, alle Behauptungen um das Bakterienabtötende Nanosilber sind wahr.

Greez Nadine

Nanosilber-Trend oder Fortschritt?

Um euch erstmal klar zu machen, dass IHR möglicherweise schon Nanosilber benutzt oder um euchabt, habe ich hier für euch ein paar Produkte, in denen Nanosilber enthalten ist:

• Wandfarben
• Textilien
• Lebensmittelverpackungen
• Wasch- bzw Reinigunsmittel

Nanosilber hat ein sehr guten Vorteil: Es ist besonders wirksam, aufgrund der sehr kleinen Partikelgröße.
Nachdem man eine Studie, mit Ratten, durchgeführt hat, kam es zu einem schockierenden Ergebnis: Durch Aufnahme von Nanosilber, kam es zu erheblichen Beschädigungen der Lunge.
Außerdem wirkten sie giftig auf Stammzellen und Gehrinzellen.
Ein weiters Problem ist Nanosilber in der Umwelt. Denn es bewirkt die Abtötung von Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen). Dies kann dann dazu führen, dass zum Beispiel unser Gewässerökosystem aus em Gleichgewicht geworfen wird.
Die Frage ist also Wie soll es mit Nanosilber weitergehen?
Es dauert bestimmt noch ein paar Jahre, bis Nanosilber sicher oder eben nicht verwendet werden kann.

Greez Nadine

Nanosilber- Was ist das?

• Nanosilber sind Partikel von metallischem Silber, die kleiner als 100nm (Nanometer) sind. Hierbei bezeichnet das Nano die Größe der vorhandenen Partikel in Nanosilber.
  

• Andere Bezeichnungen für Nanosilber sind unter anderem: -Nanokristallines Silber

-Nanopartikuläres Silber

• Herstellen kann man es durch chemischer, physikalischer und elektrochemischer Methoden

• Außerdem besitzt Nanosilber meistens metallische Partikel. Jedoch kann es auch, gering lösliche anorganische Verbindungen haben.

• Die Eigenschaften von Nanosilber sind zumal die Transparenz und zum anderen die homogene Verteilung.

greeez Nadine

Verwirrung ?! Hydrophob oder Hydrophil?

• Hydrophob: Es wird als Wassermeidend bezeichnet. Das Wasser perlt von hydrophoben Oberflächen sehr gut ab. Alle Oberflächen, die hydrophob sind, haben eine schlechte Benetzung. Ihr Winkel ist größer als 90 Grad. Hierzu meine Skizze um das ganze ein bisschen anschaulicher und verständnisvoller zu machen:

• 
• Hydrophil: Man könnte es auch als " Wasser liebend" oder " Wasser freundlich" bezeichnen. Substanzen, die den Charakter Hydrophil haben, lösen sich in Wasser auf. Hydrophile Oberflächen haben eine gute Benetzung und somit einen Kontaktwinkel von kleiner als 90 Grad.

Greez Nadine

Das Blatt mit Tropfen

Ich habe selbst eine Skizze erstellt an dem man sieht das die Wassertropfen an einem Blatt nicht einsinken :D. also ist das Blatt hydrophob.








Greez Nadine

Kein Vertrauen in Nanotechnologie?

Um euch einmal klar zu machen, was genau gefährlich an Nanotechnologie ist, lege ich euch hier die Gefahren einmal dar:

1. Es kann gefährlich werden, wenn Nanopartikel in das Immunsystem gelangen. Dann könnte es nämlich zu chemischen Reaktionen kommen und das Immunsystem negativ beeinflussen.
2. Außerdem kann es gefährlich werden, wenn Nanopartikel an falsche Orte im Körper gelangen.
3. Es ist nicht sicher, aber man vermutet, das Nanopartikel auch Lungenkrebs verursachen könnte.
   

Bald werde ich euch noch mehr darüber schreiben.

Greez Nadine

Ein wichtiges Wort: Adhäsion

Adhäsion:

Lem klebt am Wasser.

Vergleich: Nanostrukturen-Wasser

Auf den Spitzen der Nanostrukturen ist die Adhäsionskraft geringer als an Wasser.

Glatter Untergrund=Geringe Adhäsionskraft
Rauer Untergrund=Große Adhäsionskraft

1.2 Lotus - Effekt - Wasser auf hydrophoben Oberflächen

Jetzt zu einem umgekehrten Versuch 
Wir haben ein Kohlrabiblatt genommen und Wasser draufgetropft. Dann haben wir, dass komplette Blatt in ein Becherglas mit Wasser eingetaucht und das Ganze noch mal wiederholt, nachdem wir eine Stelle des Blattes fest zwischen unseren Daumen und Zeigefinger gerieben haben.
Es entsteht ein Spiegeleffekt. Denn der Tropfen läuft von dem Kohlrabiblatt vollständig runter, ohne seine Form zu verändern. Unter dem Mikroskop sieht man dann den Spiegeleffekt, der durch eine silbrige Schicht unter dem Tropfen zu erkennen ist. Sie silbrige Schicht erkennt an am besten, wenn man das Kohlrabiblatt Komplet in das Becherglas eintaucht. Nach dem rausziehen des Blattes, kann man sehen wie das Wasser vom Blatt komplett und rückstandsfrei abläuft.
An der Stelle, wo man mit den Fingern das Blatt gerieben hat, kann man beim Eintauchen sehen, dass sich dort keine silbrige Schicht bildet.
Diese Beobachtung führt zu folgender Erklärung:
Das Kohlrabiblatt hat eine sehr hügelige Oberfläche und ist deswegen sehr hydrophob also Wasser abweisend. Daher, dass das Blatt eine sehr große Oberflächenspannung hat, formt sich der Wassertropfen.
Der Spiegeleffekt bzw. die silbrige Schicht, bildet sich, durch eine Totalreflexion vom Licht beim Eintauchen des Blattes. Wenn man das Blatt gerieben hat, wird es beschädigt und somit verliert es seine hydrophobe Oberfläche.

Versuch 1.1 Wasser auf hydrophilen Oberflächen

In der Schule sollten wir einen Versuch durchführen, indem es um Wasser auf hydrophilen Oberflächen geht.
Wir haben unterschiedliche Papiertypen bekommen also z.B. Kaffeefilter, Hochglanzpapier etc. und haben es erstmal unter dem Mikroskop betrachtet.
Dann haben wir auf die verschiedenen Papiere je einen Tröpfchen Wasser drauf getropft und gemessen wie Groß es ist. Hier unsere Messergebnisse:
• Folie: 0,6 Durchmesser (Tropfen)
• Thermofolie: 0,6 Durchmesser (Tropfen)
• Fotopapier: 1,5 Durchmesser (Wasserfleck)
• Kaffeefilter: 3,5 Durchmesser (Wasserfleck)
• Pappe: 1 Durchmesser (zuerst Tropfen, dann Wasserfleck)

Wir konnten beobachten, dass je glatter das Papier ist umso größer ist die Wölbung des Wassertropfens. Dass waren die Papiere, die weniger porös unter dem Mikroskop waren. Man konnte zwischen dem Kaffeefilter und dem Hochglanzpapier einen guten Vergleich sehen. Während der Wassertropfen auf dem Hochglanzpapier sehr gering ist, saugt der Kaffeefilter den Tropfen komplett auf. Das hängt damit zusammen, dass das Wasser sich auf einer glatten Oberfläche besser zusammen halten kann, weil eine glatte Oberfläche so zu sagen, eine größere Oberfläche hat, als eine raue Oberfläche. Denn auf der rauen Oberfläche verläuft das Wasser schnell, weil es sich nicht so gut „festhalten“ kann.
Fazit:
• Glatte Oberfläche = wenig hydrophil
• Raue Oberfläche = stark hydrophil

1.4 Nachahmung vom Lotus-Effekt (Easy-to-Clean-Effekt)

Hier haben wir versucht den Lotus-Effekt nachzuahmen.

Dabei haben wir einen Stein, Holz oder eine Betonoberfläche genommen und ein kleines Feld mit einem Stift darauf markiert. Dann haben wir die Fläche mit dem Nano-Tool-2, einer speziellen Flüssigkeit mit Nanopartikeln aus der NanoToolBox, eingesprüht.

Nachdem die Flüssigkeit getrocknet ist (4-6h, also in der nächsten Stunde) haben wir Wasser auf diese Fläche getröpfelt.

Wir haben beobachtet, dass die Oberfläche des verwendeten Betonstücks durch die NanoTool- Flüßigkeit, hydrophob geworden ist. Der Kontaktwinkel wurde sichtbar größer als 90°, d.h. ,dass das Wasser sich aufgrund seiner Oberflächenspannung zu einer Kugel zusammenzieht.

Grüße, Meike

1.3 Lotus-Effekt - Selbstreinigung von Blättern

In diesem Versuch haben wir untersucht, wie wasserabweisend (hydrophob) oder wasserfreunldich (hydrophil) ein Kohlrabiblatt ist und ob der Lehm, den wir auf das Blatt getan haben, weggewaschen wird oder haften bleibt.

Dazu haben wir einfach einen Wassertropfen auf das mit Lehm beschmiertem Blatt getröpfelt. Dabei kam raus, dass die Adhäsion (das "Kleben") des Lehms beim Wassertropfen viel größer ist als bei der Blattoberfläche. Deswegen nimmt der Wassertropfen die Schmutzpartikel einfach mit und das Blatt wird sauber.

Grüße, Meike