From Micro- to Nanotechnology

Studienarbeit von Martin Riffelmacher

Zusammenfassung:

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über den aktuellen Stand der Technologie und der Märkte auf dem Gebiet der Mikro- und Nanotechnologie zu geben. Mikro- und Nanotechnologie sind aufstrebende neue Technologien, die unsere Gesellschaft in den nächsten Jahren drastisch beeinflussen werden. Mikro- und Nanotechnologie sind definiert als das Erstellen, Verändern und Messen auf einem Niveau kleiner als 100 Nanometer (Molekularebene). Heutige und geplante Auswirkungen und Anwendungen umfassen die folgenden Gebiete: Automobilindustrie, Elektronik und IT-Branche, Umweltschutz, Industrie und Automatisierung, Werkstoffwissenschaften, Chemie, Materialeigenschaften, Medizin und Biomedizin, neue Fabrikationsmethoden, Feinwerktechnik und Optik sowie Telekommunikation.

Dieser Bericht geht näher auf die folgenden Themengebiete ein: Forschungs- und Entwicklungserfolge der Vergangenheit sowie Anwendungsgebiete aktueller Mikrotechnologie-Produkte mit einem speziellen Blick auf den „Healthcare“ Markt und Biotechnologie Produkte wie „lab on a chip“ oder „Mikroarrays“.

Es werden neue Fabrikationsmethoden einiger Anwendungen näher betrachtet. Die wichtigsten Marktteilnehmer werden vorgestellt: Universitäten, Firmen, Forschungsanstalten, Organisationen und wichtige Persönlichkeiten. Diese und ihre Arbeitsgebiete werden näher beschrieben. Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte und die zugehörige Infrastruktur aus verschiedensten Ländern werden näher betrachtet.

Zukünftige Anwendungen aus verschiedenen Gebieten der Nanotechnologie, der Folgetechnologie zur Mikrotechnik, werden diskutiert. Diese umfassen: Werkstoffwissenschaften, Medizin und Biotechnologie, Feinwerktechnik, Elektronik und IT, Automatisierungstechnik und neue Fabrikationsmethoden.

Ein Überblick über die Investoren für die Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird gegeben. Öffentliche Förderprogramme verschiedener Länder werden genauso betrachtet und untereinander verglichen wie private Unterstützung von Non-Profit Organisationen und Venture Kapital Gesellschaften.

Das Potential der Nanotechnologie für die Zukunft wird zusammen mit einem Ausblick auf eine große Zukunft und hohe Wachstumsraten präsentiert. Verschiedene Marktszenarien für die Zukunft werden vorgestellt und diskutiert.

Das Ende dieser Arbeit widmet sich dem Rose Hulman Institute of Technology und deren Gründerzentrum Rose Hulman Ventures. Deren Erfahrung und Methoden bei der Unterstützung von jungen Unternehmen werden vorgestellt. Vorschläge für die Unterstützung von Start-Ups im Bereich der Nanotechnologie werden unterbreitet.

Abstract:

The goal of this report is to provide an overview of the current status of the technology and markets in the micro and nanotechnology fields.

Micro and nanotechnology are emerging as exciting new technologies that will impact our society for the next century to come. Micro and nanotechnology are defined as creation, manipulation and measurement of sub 100 nanometer scale matter (molecular level). The current and projected impacts and benefits of micro and nanotechnolgy include the following areas: Automotive industry Electronics and information technology Environmental monitoring Industry and automation IT peripherals Material science and nanostructures, chemistry, material properties Medical and biomedical applications New fabrication methods Precision engineering and optics Telecommunication This report highlights a number of specific topics including:

1. Past research and development highlights in the field of microtechnology.

2. Fields of application for microtechnology products with special focus on the healthcare market and biotechnology applications such as ‘lab on a chip’ or microarrays.

3. The fabrication technologies for several applications are discussed.

4. The important market participants are introduced including: universities, companies, laboratories, organizations, and famous individuals. A characterization of each and their areas of work are provided. The fields of micro and nanotechnology are very wide and therefore each market participant cannot be discussed in detail.

5. Current research and development activities in different countries are highlighted along with the infrastructure needed.

6. Future applications in different areas of nanotechnology are discussed, the succeeding technology to microtechnology. These include the following areas:

- Material science.

- Medicine and biology.

- Precision engineering.

- Electronics and information technology.

- Automation in industry.

- New fabrication methods.

7. An overview of the financial investors in research and development activities is presented. Public funding programs from different nations are illustrated and compared as well as private spending from non-profit organizations and venture capitalists.

8. The potential for the nanotechnology market is presented along with an outlook for a bright future and high annual growth rates. Different market policies for the future are introduced and discussed.

9. The end of this report is about Rose Hulman Institute of Technology and their business incubator Rose Hulman Ventures. Their experience and their methods of supporting companies are explained.

This report also provides some suggestions for Rose Hulman Ventures on how to enter and support companies in the nanotechnology market.

Table of Contents:

	Table of Contents	2
	Table of Figures	4
	Acronyms	5
1.	Executive Summary	8
2.	Past developments and current markets	10
2.1	General issues	10
2.2	Existing Markets	13
2.2.1	Industry Rating	15
2.2.2	Biochip business/biochip markets	19
2.2.3	Five business models	20
2.2.4	USA/Europe vs Japan	21
2.3	Best available Technology/Applications	23
2.3.1	Eight segments	23
2.3.2	Biomedicine	30
2.3.3	Lab-on-a-chip	32
2.3.4	Microarrays	36
2.4	Current R&D activities	40
2.5	Hurdles and Breaking barriers	41
2.6	Nanofabrication	43
2.7	Patents	47
3.	Market Participants	50
3.1	Companies	50
3.1.1	Selected Companies in the Nanotechnology market	50
3.1.2	General Information	60
3.1.3	Other Companies	60
3.1.4	Microarray/Lab-on-Chip Products and Services of these companies	62
3.2	Institutes, Laboratories, Universities	63
3.2.1	Institutes/Laboratories	63
3.2.2	Universities	68
3.3	Organizations	77
3.4	Persons	78
3.5	Investment Companies	83
4.	R&D/future applications	88
4.1	R&D in the future	88
4.1.1	Visions for the future	88
4.1.2	Lessons from the past	89
4.1.3	Three levels of research in the future	90
4.1.4	NNUN Network	95
4.1.5	Research with Industry	95
4.1.6	International activities	96
4.1.7	Problems for R&D	98
4.2	Future applications	99
4.2.1	Material science, properties and chemistry	100
4.2.2	Medicine, Biology, Pharma, Health and Environment	100
4.2.3	Precision engineering, optics and physics	102
4.2.4	Computer science, Information Technology and Communication	103
4.2.5	Industry, Automation, Automobiles and Aeronautics	103
4.2.6	New fabrication Methods	104
5.	Investors for R&D	106
5.1	Public investing	106
5.1.1	USA	106
5.1.2	Other Countries	119
5.2	Private spending	125
5.2.1	Non profit organizations	125
5.2.2	Start Ups, Ventures	126
6.	Potential of the Market	128
6.1	General Issues	128
6.2	Comparison „.com“ suffix and „nano“ prefix	130
6.3	Moore's Law	131
6.4	S-Curves	132
6.5	Market Policies	134
7.	Rose Hulman Ventures	136
7.1	What is RHV/RHIT?	136
7.1.1	RHV	136
7.1.2	RHIT	138
7.2	Three ways to get into the market	138
7.3	Remarks	139
	Literature	141
	Annex	144
	There's Plenty of Room at the Bottom	144