Nanoanalyse ist ein ausgefallen klingendes Wort, das nur bedeutet, etwas auf der Nanometerskala zu betrachten. Man könnte das Blicken aus einem Fenster „Makroanalyse“ nennen, da es sich um die Analyse einer Szene im Makromaßstab handelt. Die Nanoanalyse wird mit einer Vielzahl von Technologien durchgeführt, die Bilder im Nanobereich auflösen können – Rastertunnelmikroskope (STMs), Rasterkraftmikroskope (AFMs), Rastersondenmikroskope (SPMs), Transmissionselektronenmikroskope (TEMs), Feldemissionsmikroskope (FEMs) , und für höchste Auflösung Röntgenkristallographie.
Mit der Erfindung der Röntgenkristallographie im Jahr 1914 kam die Nanoanalyse so richtig in Fahrt. Die erste Chemikalie, deren Atomstruktur abgebildet wurde, war Kochsalz, NaCl. Röntgenkristallographie erzeugt kein genaues Bild des Objekts unter Nanoanalyse – stattdessen reflektiert sie Röntgenstrahlen (mit winzigen Wellenlängen) von einem Kristall und ein Beugungsmuster wird aufgezeichnet, ähnlich dem, was man sieht, wenn jemand einen Kristall hochhält zu beleuchten und beobachtet, wie das Licht reflektiert wird. Während der Kristall langsam gedreht wird, wird das Beugungsmuster weiter aufgezeichnet, und der Forscher kann mit ausgeklügelten mathematischen Techniken die atomare Struktur des Kristalls extrapolieren.
Die Nanoanalyse wurde seit ihrer Entdeckung für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Röntgenkristallographie wurde verwendet, um die Struktur von Hunderttausenden von Verbindungen abzubilden, von den einfachsten monoatomaren Kristallen bis hin zu komplexen Proteinen. Röntgenkristallographiedaten wurden 1953 von Watson und Crick verwendet, um ihre Hypothese über die Doppelhelix-Struktur der DNA aufzustellen.
Die Nanoanalyse kann eine Herausforderung sein, da viele Bildgebungsverfahren im Nanomaßstab so empfindlich sind, dass die Probe atomar perfekt sein muss, damit das Bild gut herauskommt. Daher besteht der schwierigste Teil der Abbildung einer Probe darin, eine gute zu finden.
Die Nanoanalyse wurde verwendet, um zu zeigen, wie die nanoskalige Struktur eines Materials seine makroskaligen Eigenschaften verändern kann. Bestimmte Materialien mit sich wiederholenden nanoskaligen Strukturen, sogenannte Metamaterialien, haben beispielsweise ungewöhnliche optische oder elektrische Eigenschaften. Perlmutt, das in Austern vorkommt, und bestimmte Arten von Schmetterlingsflügeln haben aufgrund der Regelmäßigkeiten in ihrer nanoskaligen Struktur ein schönes durchscheinendes Aussehen. Ohne Nanoanalyse würden wir den Mechanismus dahinter nie kennen.