Jahresbericht 2024 - Swiss Nanoscience Institute
Rückblick auf die Aktivitäten des Swiss Nanoscience Institutes im Jahr 2024
Jahresbericht 2024 Swiss Nanoscience Institute
3 Editorial 4 2024 in Kürze 8 Swiss Nanoscience Institute: Das interdisziplinäre Exzellenz zentrum für Nanowissenschaf ten in der Nordwestschweiz 12 Studium Nanowissenschaften: Vielfältig, anspruchsvoll und aktueller denn je – Wieder aktiv: Alumni-Organisa- tion Nanowissenschaften – Ausgezeichnete Masterarbeit: Aris Lafranca untersucht einen Hybridresonator – Argovia Travel Grants: Wert- volle Erfahrung für Studierende – Blockkurse: Erster Einstieg in die Forschungswelt 16 SNI Doktorandenschule: Spezialisierung mit Einblick in verschiedene Fachgebiete – Neuartiger Probenträger für kristallographische Untersu- chungen – Sensor für gasförmige Mole- küle – Mikrofluidik für die Antibioti- kaforschung – Mit Licht gekoppelt – Kopplung eines Festkörpers mit einem Atomsystem – Empfindliche Sensoren basie- rend auf Diamant-Farbzentren – Ersatzgewebe für das Herz – SNI-Doktorierende: Interdiszip- linär vernetzt – SNI Startup-Workshop: «From Lab to Startup» 24 Forschung: Grundlagenforschung bildet die Basis 36 Nano Argovia Programm: Produktive Zusammenarbeit mit Firmen aus der Nordwest schweiz 50 Nano Technology Center: Partner bei Forschung und Lehre – Nano Imaging Lab: Ein ge- schätzter Forschungspartner – Nano Fabrication Lab: An- sprechpartner für die Herstel- lung winziger Strukturen – Nano Technology Center: Aktiv in Lehre und Outreach 60 Netzwerk: Mit interdisziplinärer Zusam menarbeit gemeinsame Ziele erreichen – Strategie 2024–2034: Ausrich- tung auf eine gemeinsame er- folgreiche Zukunft – Aktives Netzwerken: For- schende zusammenbringen und informieren – Auszeichnungen und Preise 64 Kommunikation und Outreach: Förderung des Dialogs zwi schen Forschung und Gesell schaft – Auf dem Rüeblimärt, im Labor, im Vortragsraum oder auch on- line: Unterschiedliche Formate für verschiedene Zielgruppen 66 Finanzbericht 68 Organisation – Ausschüsse und Gremien – Listen Mitglieder und Projekte – Link zum wissenschaftlichen Teil und Impressum www.nanoscience.ch Folgen Sie uns: Wissenschaftliches Beiheft Die wissenschaftlichen Berichte aller Nano-Argovia-Projekte und Projekte der SNI-Doktoran- denschule aus dem Jahr 2024 finden Sie auch auf unserer Webseite www.nanoscience.ch oder scannen Sie den QR-Code. bit.ly/3WL7A4P 2 SNIJahresbericht 2024
Mit dem Jahresbericht 2024, den Sie in den Händen halten, blicken wir zurück auf ein geschäftiges Jahr mit interessan- ten Forschungsergebnissen und inspirie- renden Begegnungen bei zahlreichen An- lässen. Es war ein Jahr, in dem wir uns im Rahmen der finalen Ausarbeitung des Strategiepapiers 2024–2034 weiterhin in- tensiv mit der Zukunft des Swiss Nano- science Institute beschäftigt haben. Wir haben dazu den Rat externer Expert:innen eingeholt, aber auch Gedanken und Vor- schläge aus dem SNI-Netzwerk aufgegrif- fen. Im Mai 2024 hat dann unser oberstes Gremium, der Argovia-Ausschuss, das Pa- pier genehmigt. Damit haben wir nun ei- nen Leitfaden zur Hand, der uns hilft, un- sere Vision zu erfüllen, das Leben durch Nanotechnologie zu verbessern. Als das Netzwerk für Nanowissenschaften in der Schweiz wollen wir durch Ausbildung und Forschung zur Bewältigung zukünftiger Herausforderungen beitragen. Dabei wer- den wir einen Fokus auf Nanoimaging und Nanofabrikation legen und die Zusam- menarbeit im Netzwerk stärken. Wir wer- den immer wieder sinnvolle und notwen- dige Anpassungen vornehmen und dafür sorgen, dass wir mit unseren Aktivitäten in den Bereichen Lehre, Forschung, Tech- nologietransfer und Dienstleistungen zur Lösung von Herausforderungen der Gesell- schaft beitragen. Im ersten Teil dieses Jahresberichts führen wir einige Highlights im Bereich der Ausbildung im Studium Nanowissen- schaften und in der SNI-Doktoranden- schule auf und gehen dann näher auf Forschungsergebnisse ein. Dabei zeigen wir beispielhaft auf welchen Gebieten Mitglieder des SNI-Netzwerks ihre Ergeb- nisse in renommierten Wissenschafts- journalen veröffentlicht haben. Ange- wandte Forschungsprojekte, die im Rah- men des Nano-Argovia-Programms vom SNI im Jahr 2024 gefördert wurden, be- schreiben wir ebenfalls kurz und knapp. Immer wieder faszinierend ist dabei die Vielfalt der Ansätze, bei denen nanowis- senschaftliche Forschung Lösungen ver- sprechen. In diesem Jahr sind es Frage- stellungen aus den Life Sciences, der Me- dizin, den Umwelt-, Material- oder Quan- tenwissenschaften – also genau in den Bereichen, in denen wir auch in Zukunft mithilfe der Sichtbarmachung und Her- stellung winziger Strukturen und Ob- jekte wertvolle Beiträge leisten wollen. Die beiden Serviceeinheiten, Nano Imaging Lab und Nano Fabrication Lab, die zusammen das Nano Technology Cen- ter bilden, tragen mit ihren Dienstleis- tungen und der eigenen Forschung eben- falls zu den Erfolgen des SNI bei. Über die Jahre werden diese beiden Teams immer mehr in den Fokus innerhalb unseres Netzwerks rücken und auch als verbin- dendes Element zwischen den Forschen- den fungieren. Nicht nur für Wissen- schaftler:innen ist die Arbeit rund um Nanoimaging und Nanofabrikation inte- ressant. Auch einem immer breiter wer- denden Publikum gewähren die Mitarbei- tenden des Nano Technology Centers fas- zinierende Einblicke in die Mikro- und Nanowelt. Das Interesse für Naturwissenschaften generell und Nanowissenschaften im Be- sonderen weckt auch unser kleines, hoch motiviertes Kommunikations- und Out- reach-Team immer wieder bei unter- schiedlichen Anlässen. Im Jahr 2024 war beispielsweise die Veranstaltung «TecDay meets Swiss NanoConvention» ein voller Erfolg. Im Rahmen der vom SNI organi- sierten Swiss NanoConvention in Basel hat unser Team in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Akademie der Tech- nischen Wissenschaften SATW ein spezi- elles Programm für 60 Schüler:innen von Schweizer Gymnasien zusammengestellt, ihnen so eine Einführung in die Nanowis- senschaften ermöglicht und sie das inspi- rierende Flair einer internationalen wis- senschaftlichen Konferenz erleben lassen. In diesem Jahresbericht können auch Sie mehr über all unsere Aktivitäten er- fahren. Anhand zahlreicher Bilder be- kommen Sie beispielhaft Einblicke in die Arbeit unterschiedlicher Arbeitsgruppen – die zusammen das SNI zu einem ganz besonderen interdiszipinären, interinsti- tutionellen Netzwerk mit gemeinsamen Zielen machen. Wenn Sie noch Lust auf mehr haben, bietet das wissenschaftliche Beiheft de- tailliertere Beschreibungen der 2024 un- terstützten Projekte innerhalb der SNI- Doktorandenschule und des angewand- ten Nano-Argovia-Programms. Viel Spass beim Durchblättern und Lesen. Mit herzlichen Grüssen Prof. Dr. Martino Poggio SNI-Direktor Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe SNI-Interessierte 3 SNI-Jahresbericht 2024
Das Team des Nano Imaging Labs hat 2024 ein neues Rasterelek tronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl in Betrieb ge nommen. 2024 in Kürze Abgeschlossenes Masterstudium Dreizehn Studierende haben im Jahr 2024 erfolgreich das anspruchsvolle Masterstudium in Nanowissenschaften abgeschlossen. Seite 13 Alumni Organisation wieder aktiv Nach längerer Pause kam Ende des Jah- res 2024 der Vorstand der Alumni-Orga- nisation Nanowissenschaften wieder zu- sammen und organisierte im Dezember 2024 bereits ein Treffen der Mitglieder. Seite 13 Exzellente Arbeiten Sieben SNI-Doktorierende haben 2024 ihre Doktorarbeiten abgeschlossen. Sie haben dazu an den Departementen Bio- zentrum, Chemie und Physik der Univer- sität Basel, am Paul Scherrer Institut und an der Hochschule für Life Sciences FHNW gearbeitet. Seite 16 Startup Workshop Im Jahr 2024 hat das SNI den Workshop «From Lab to Startup» ins reguläre Pro- gramm der SNI-Doktorandenschule auf- genommen. In diesem Kurs erhalten von nun an jedes Jahr Doktorierende eine Einführung in die Welt der Firmen- gründung. Seite 21 Wertvolle Unterstützung Die beiden Teams im Nano Technology Center, Nano Imaging Lab und Nano Fa- brication Lab, haben im Jahr 2024 zahl- reiche Forschungsgruppen mit ihrem Service rund um die Abbildung und Fab- rikation von Mikro- und Nanostrukturen unterstützt. Die Mitarbeitenden tragen damit massgeblich zu Forschungserfol- gen bei. Seite 50 Strategie für die nächsten 10 Jahre Mit Unterstützung externer und interner Expert:innen hat das SNI-Team 2024 seine Strategie 2024–2034 entwickelt. Das SNI wird sich in den Bereichen Life Sciences, Medizin, Mate- rial-, Quanten- und Umweltwissenschaften auf Nanoimaging und Nanofabrikation fokussieren. Die Zusammenarbeit in- nerhalb des Netzwerks wird gestärkt und die Infrastruktur, das Curriculum und die Aussendarstellung angepasst und modernisiert. Durch grundlagenwissenschaftliche und ange- wandte Forschung und durch die Ausbildung engagierter Nachwuchswissenschaftler:innen wird das SNI positive Im- pulse für die Allgemeinheit setzen. Seite 61 4 SNIJahresbericht 2024
Auch im Jahr 2024 fand der SNI Annual Event im Kanton Aargau statt. Anamarija Nikoleti ć (rechts) wurde für das beste Poster aus gezeichnet, Mor ris Degen (links) erhielt den Preis für den besten Vortrag. Aris Lafranca bekam im Jahr 2024 den Preis für die beste Master- arbeit in Nanowissenschaften an der Universität Basel verliehen. Kopplung von Nanodraht und Ionen Im Rahmen einer Doktorarbeit in der SNI-Doktorandenschule haben Forschende einen Nanodraht mit kühlbaren Ionen kom- biniert und die Ionen durch mechanische Schwingungen des Nanodrahts gezielt in Bewegung versetzt. Dies könnte zukünf- tig neue Wege eröffnen, um hybride Quantensysteme zu ent- wickeln. Seite 30 Reibung hängt von Geschwindigkeit ab Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben gezeigt, dass auf der Nanometerskala Reibungskräfte von der Geschwindigkeit ab- hängen. Seite 31 Starke Spin Photonen Kopplung Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine starke Kopplung zwischen einem Elektronenspin und einem einzelnen Photon hergestellt. Normalerweise koppelt ein Elektronspin nur sehr schwach an Photonen. Seite 32 Zahlreiche Gelegenheiten zum Netzwerken Das SNI-Team bot seinen Mitgliedern mit der Organisation der Swiss NanoConven- tion, des Annual Events und des NanoTec Apéros zahlreiche Gelegenheiten für den interdisziplinären Austausch über die Grenzen von Institutionen hinweg. Seite 62 Methode zum Nachweis von Nanopartikeln in Lebensmitteln für Kleinkinder Im Rahmen des Nano-Argovia-Programms haben Forschende ein Verfahren zum Nachweis von Nanopartikeln in Säug- lingsnahrung entwickelt. Seite 26 Nanokompartimente für enzymatische Reaktionen Wissenschaftler:innen aus dem SNI-Netz- werk haben neuartige Nanocluster vorge- stellt, die sich an der Art und Weise ori- entieren, wie natürliche Zellen in Gewe- ben interagieren. Seite 27 Nanostrukturen für bessere Implantate Im Rahmen des Nano-Argovia-Programms haben Forschende gezeigt wie nanostruk- turierte Titanoberflächen (Ti2-Spikes) ei- nen Beitrag zu verbesserten Zahnimplan- ten liefern können. Seite 27 Unser Ehrenmitglied Christoph Gerber wurde aufgrund seiner massgeblichen wissenschaftli- chen Beiträge in den Nanowissen- schaften auf die Liste der Clariva- te Citation Laureates aufgenommen. Elizaveta Maksimova gewann den Preis für den besten Pitch im Rahmen des Workshops «From Lab to Startup». 5 SNIJahresbericht 2024
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Nanoimaging und Nanofabrikation Nanoimaging und Nanofabrikation sind die Schwerpunk te, auf die sich die grundlagenwissenschaftliche und an gewandte Forschung im SNI Netzwerk in den kommen den Jahren fokussieren wird. Dabei werden Forschende in interdisziplinären Teams weiterhin Fragestellungen in den Life Sciences, der Medizin, den Material , Quanten und Umweltwissenschaften bearbeiten, um damit einen Beitrag zur Lösung ganz unterschiedlicher Herausforde rungen der Zukunft zu leisten. In den Bereichen Nanoimaging unf Nanofabrikation steht zudem das Nano Technology Center des SNI als exzellen ter Forschungspartner und Dienstleister für interne wie externe Kund:innen bereit. Das Bild zeigt vom Nano Fabrication Lab hergestellte Strukturen, die es dem Nano Imaging Lab ermöglichen, Leitfähigkeitsmessungen eines additiven Nanolitho graphieverfahrens durchzuführen. Mehr zum Nano Technology Center ab Seite 50. Mehr zu Forschungsergebnissen ab Seite 24 und zu angewandten Nano Argovia Projekten ab Seite 36. 7 SNI-Jahresbericht 2024
24 % 24% der SNI-Mitglieder sind Frauen. 11+13+7 Elf Studierende haben 2024 das Bachelorstudium abgeschlossen. Dreizehn Studierende haben erfolg reich ihr Masterstudium in Nano - wissenschaften beendet. Sieben Dokto- rierende haben ihre Dissertation erfolg- reich abgeschlossen. 40 Im Jahr 2024 gehörten 40 Doktorierende zur SNI-Doktorandenschule. Swiss Nanoscience Institute: Das inter disziplinäre Exzellenzzentrum für Nanowissenschaften in der Nordwestschweiz Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) wurde 2006 vom Kanton Aargau und der Universität Ba- sel gegründet und vereint Forschende führender Wissenschaftsinstitutionen aus der Nordwest- schweiz, die sich sowohl grundlagenwissenschaft- lichen als auch angewandten Fragestellungen wid- men. Gleichzeitig engagiert sich das SNI intensiv in der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuch- ses, um künftige Fachkräfte optimal auf interdiszip- linäre Herausforderungen vorzubereiten. Ein zentraler Bestandteil dieses Engagements ist das schweizweit einzigartige Studium der Nano- wissenschaften an der Universität Basel, das zu ei- nem Bachelor- und Masterabschluss führt. Ergän- zend dazu betreibt das SNI eine internationale Doktorandenschule, die talentierte Nachwuchsfor- schende aus aller Welt anzieht. Forschung und Lehre werden durch das Nano Technology Center unterstützt, das mit den beiden Serviceeinheiten Nano Imaging Lab und Nano Fab- rication Lab akademischen und industriellen Part- nern Expertise in den Bereichen Bildgebung, Ana- lyse sowie Nano- und Mikrofabrikation bietet. In Zukunft wird das SNI seine Forschungsaktivitä- ten verstärkt auf die Bereiche Nanoimaging und Nanofabrikation ausrichten. Durch die enge Zu- sammenarbeit innerhalb des Netzwerks wird das SNI dazu beitragen, drängende Herausforderungen in den Life Sciences, der Medizin sowie den Quan- ten-, Material- und Umweltwissenschaften zu be- wältigen. 8 SNIJahresbericht 2024
174 Zum SNI-Netzwerk gehören 174 Mitglieder (Projektleitende, Doktorierende, Management, freiwillige Mitglieder, Nano Fabrication Lab und Nano Imaging Lab). 76 Im Jahr 2024 waren im Bachelorstudium 52 Studierende eingeschrieben, im Masterstudium 24. 8.9 Mio. Das SNI hatte 2024 Ausgaben von etwa 8.9 Millionen Schweizer Franken (ohne Kosten für Gebäude), von denen rund 5.8 Millionen vom Kanton Aargau und 3.1 Millionen von der Universität Basel getragen wurden. 50 Im Jahr 2024 liefen im SNI-Netzwerk 50 Projekte – davon 10 im angewandten Nano-Argovia-Programm und 40 in der SNI-Doktorandenschule. 10 Das SNI-Netzwerk umfasst zehn Partner. Dazu gehören als Forschungs - institutionen die Universität Basel, die Hochschulen für Life Sciences sowie Technik und Umwelt der Fachhochschule Nord westschweiz FHNW, das Paul Scher- rer Institut PSI, das Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) in Allschwil, das Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel und die Technologietransferzentren ANAXAM und Swiss PIC. Das Hightech Zentrum Aargau sowie Basel Area Business & Innovation ergänzen das Netzwerk. 74 Im Jahr 2024 wurden 74 Veröffentlichungen in renommierten Wissenschaftszeitschriften mit Beteiligung von SNI-Mitgliedern veröffentlicht. 40 40 der 60 ehemaligen Doktorierenden des SNI sind in einem Industrieunternehmen beschäftigt. 17 Von den insgesamt 60 Doktorierenden, die bisher ihre Dissertation abgeschlossen haben, arbeiteten Ende 2024 17 bei einer Forschungs - institution oder einem Bundesamt. >7000 Mehr als 7000 Interessierte folgen den Social Media-Kanälen des SNI auf LinkedIn, Bluesky, X, Instagram und YouTube. 73+130 Im Jahr 2024 haben 73 verschiedene Nutzer:innen den Service des Nano Fab- rication Labs in Anspruch genommen. Das Nano Imaging Lab erhielt 2024 mehr als 180 Aufträge von 130 verschie- denen Kund:innen, wobei diese Aufträge oft mehrere Tage in Anspruch nehmen. 9 SNIJahresbericht 2024
Mit Wurzeln im Kanton Aargau und an der Universität Basel Das SNI wurde 2006 vom Kanton Aargau und der Universität Basel gegründet, um Forschung und Aus- bildung in den Bereichen Nanowissenschaften und Nanotechnologie in der Nordwestschweiz zu för- dern. Für die nächsten Jahre ist eine Fokussierung auf die Bereiche Nanoimaging und Nanofabrikation geplant, um damit zu neuen Erkenntnissen und zu Innovationen in den Life Sciences, der Medizin, den Quanten-, Material- und Umweltwissenschaften bei- zutragen. Nanotechnologien spielen eine zentrale Rolle in Forschung und Industrie im Kanton Aargau. Die zahl- reichen Forschungsprojekte des SNI ermöglichen Unternehmen aus dem Aargau, Solothurn und den beiden Basler Halbkantonen Zugang zu wissen- schaftlichen Erkenntnissen, innovativen Technolo- gien und Dienstleistungen. Das SNI hatte im Jahr 2024 Ausgaben von etwa 8.9 Millionen Schweizer Franken, von denen etwa 5.8 Millionen vom Kanton Aargau und 3.1 Millionen von der Universität Basel getragen wurden. Interdisziplinäres Netzwerk Das SNI vernetzt Forschende führender Wissen- schaftsinstitutionen der Nordwestschweiz, darunter die Universität Basel mit zahlreichen Departemen- ten, die Fachhochschule Nordwestschweiz mit der Hochschule für Life Sciences in Muttenz und der Hochschule für Technik und Umwelt in Windisch, das Paul Scherrer Institut, das Departement Biosys- teme der ETH Zürich in Basel, das Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) in All- schwil und die beiden Technologietransferzentren ANAXAM und Swiss PIC. Im Bereich des Wissens- und Technologietransfers arbeitet das SNI ebenfalls mit dem Hightech Zentrum Aargau in Brugg sowie mit Basel Area Business & Innovation zusammen. Ausbildung und Nachwuchsförderung Im Bachelor- und Masterstudiengang «Nanowissen- schaften» an der Universität Basel erhalten die Stu- dierenden eine umfassende naturwissenschaftliche Grundausbildung, bevor sie sich auf individuelle Schwerpunkte spezialisieren. Schon früh sammeln sie praktische Erfahrungen in Forschungsgruppen und lernen Industrieprojekte kennen. Insgesamt haben bisher 296 Studierende in Basel einen Bachelorabschluss in Nanowissenschaften er- worben, 229 Studierende haben den Master in Na- nowissenschaften erfolgreich abgeschlossen. Ende 2024 waren 52 Studierende im Bachelorprogramm und 24 junge Nachwuchswissenschaftler:innen im Masterprogramm eingeschrieben. Für zahlreiche junge Nanowissenschaftler:innen folgt auf den Masterabschluss eine Doktorarbeit. Ei- nige ehemalige Nanostudierende absolvieren diese in der 2012 gegründeten SNI-Doktorandenschule. Die meisten der 40 Doktorierenden, die 2024 zur SNI- Doktorandenschule gehörten, haben jedoch ihre vorangegangene Ausbildung an internationalen Uni- versitäten abgeschlossen. Sie arbeiten meist an grundlagenwissenschaftlichen Fragestellungen, die häufig einen interdisziplinären Charakter haben. Sieben Doktorierende haben 2024 ihre Arbeiten er- folgreich abgeschlossen. Sechs neue Projekte wur- den genehmigt und werden 2025 starten. Mehr als 70% der bisherigen 60 Absolvent:innen der SNI-Dok- torandenschule blieben auch nach dem Abschluss der Dissertation in der Schweiz. Unterstützung von Forschungsgruppen Sehr aktiv in der Ausbildung und auf ihren jeweili- gen Forschungsgebieten sind die beiden vom SNI unterstützten Argovia-Professoren Dr. Roderick Lim und Dr. Martino Poggio mit ihren Forschungsgrup- pen an der Universität Basel. Sie tragen mit ihren Arbeiten zu zellulären Transportvorgängen respek- tive Nanomechanik und Nanomagnetismus wesent- lich zur exzellenten Reputation des SNI bei. Darüber hinaus fördert das SNI die Forschung der drei Titu- larprofessoren Dr. Thomas Jung, Dr. Michel Kenzel- mann und Dr. Frithjof Nolting, die einen Lehrauftrag am Departement Physik der Universität Basel haben und mit ihren Forschungsgruppen am PSI tätig sind. Technologietransfer und Industriekooperationen Das SNI unterstützt den Wissens- und Technologie- transfer durch das Nano-Argovia-Programm, in des- sen Rahmen bereits rund 100 Projekte in Zusammen- arbeit mit Unternehmen aus der Nordwestschweiz realisiert wurden. 2024 erhielten zehn dieser ange- wandten Forschungsprojekte eine finanzielle Unter- stützung. Dabei kamen bei sechs der Projekte die Partnerfirmen aus dem Kanton Aargau, bei vier Pro- jekten waren Unternehmen aus einem der beiden Basler Halbkantone beteiligt. Die Zusammenarbeit mit der Industrie wird auch durch die beiden Tech- nologietransferzentren ANAXAM und Swiss PIC ge- fördert, die ebenfalls Partner im SNI-Netzwerk sind. Hochqualifizierter Service durch das Nano Technology Center Das Nano Technology Center des SNI bietet mit den beiden Gruppen des Nano Imaging Labs und des Nano Fabrication Labs spezialisierte Dienstleistungen für Forschung und Industrie an. Im Nano Ima ging Lab hat sich das sechsköpfige Team auf die Abbildung und Analyse von Oberflächen spezialisiert. Die vier Mitarbeitenden des Nano Fabrication Labs stellen einen umfassenden Gerätepark sowie Reinräume bereit und bieten damit Forschenden innerhalb und Das SNI vereint Forschende der führenden Wissenschafts institutionen der Nordwest schweiz. Der Kanton Aargau und die Universität Basel sind die Träger des SNI. Die Ausbildung und Förderung von Nachwuchs forschenden gehört zu den zentralen Aufga ben des SNI. 10 SNIJahresbericht 2024
Forschungsgruppen der führenden Forschungs- institutionen in der Nordwestschweiz bilden das interdisziplinäre Netzwerk des SNI. Sie arbeiten an grundlagenwissenschaftlichen und angewand- ten Projekten, gewährleisten exzellente For- schungsarbeit und engagieren sich in der Ausbil- dung junger Nachwuchsforschender. (Hintergrundbild: iStock) ausserhalb des Netzwerks die Möglichkeit zur Her- stellung winziger Strukturen im Mikro- und Nano- meterbereich. Öffentlichkeitsarbeit und Wissenschaftskommunikation Dem SNI-Team ist es nicht nur ein wichtiges Anlie- gen hervorragende Wissenschaftler:innen auszubil- den, exzellente Forschung zu betreiben und ein ge- fragter Partner für Dienstleistungen zu sein, sondern auch über SNI-Aktivitäten zu informieren und das Interesse für Naturwissenschaften zu wecken. Im Rahmen von Science Festivals, Ausstellungen, Märkten und über Laborführungen sowie Koopera- tionen mit Volkshochschulen oder anderen Institu- tionen suchen die SNI-Mitarbeitenden den Kontakt mit unterschiedlichen Zielgruppen. Mit individuel- len Formaten, die fast immer mit interaktiven Akti- vitäten verbunden sind, gewährt das SNI-Team einen Zugang zu der Welt der winzigen Strukturen und Objekte und weckt so das Interesse für die Nanofor- schung. Zudem stellt das Kommunikationsteam In- formationen in Form von Videos, Broschüren, Mit- teilungen und einem elektronischen Magazin zu- sammen, die über verschiedene Social Media-Kanäle die unterschiedlichen Zielgruppen erreichen. Departement Pharmazeutische Wissenschaften Departement Biomedizin Biozentrum Departement Physik Universität Basel Paul Scherrer Institut PSI CSEM Allschwil Hochschule für Life Sciences FHNW Hochschule für Technik und Umwelt FHNW ANAXAM D BSSE ETHZ Basel Departement Chemie In den Schwer punktbereichen Nanoimaging und Nano fabrication leistet das Nano Techno logy Center als Service und For schungspartner wertvolle Unter stützung bei diversen Forschungs projekten. SNI Nano Fabrication Lab Nano Imaging Lab Departement Umweltwissen- schaften Swiss PIC 11 SNI-Jahresbericht 2024
Studium Nanowissenschaften: Vielfältig, anspruchsvoll und aktueller denn je Nanowissenschaftliche Aspekte finden sich in interdisziplinären Wis- senschaftsbereichen wie den Life Sciences, den Material-, Umwelt- und Quantenwissenschaften sowie in der Medizin. Das Studium der Nanowissenschaften an der Universität Basel bereitet Studierende bestens darauf vor, ganz unterschiedliche Aufgaben innerhalb dieser und weiterer Disziplinen zu bewältigen und damit zur Lösung künfti- ger Herausforderungen unserer Gesellschaft beizutragen. Im Grundstudium erhalten die Studierenden eine fundierte naturwis- senschaftliche Basis, die sie im Laufe ihres Bachelor- und Masterstu- diums durch zunehmende Spezialisierung vertiefen. Im Masterpro- gramm wählen die jungen Wissenschaftler:innen dazu zwei der Vertiefungsrichtungen «Medizinische Nanowissenschaften», «Mole- kularbiologie, «Nanochemie» und «Nanophysik». Gleichzeitig profitie- ren die Studierenden weiterhin von dem interdisziplinären Studienan- gebot, das ihnen Einblicke in vielfältige Forschungsfragen und -methoden ermöglicht. Die angehenden Forschenden lernen so die «Sprachen» verschiedener Disziplinen und werden optimal darauf vorbereitet, erfolgreich an Schnittstellen unterschiedlicher Fachberei- che zu arbeiten. Im Jahr 2024 waren 52 Studierende im Bachelor- und 24 im Master- programm eingeschrieben. Elf Studierende schlossen ihr Bachelor- studium erfolgreich ab, und 13 erlangten einen Masterabschluss. 12 SNI-Jahresbericht 2024
Wieder aktiv Alumni Organisation Nanowissenschaften Die COVID-Pandemie hat soziale Aktivitäten in allen Bereichen stark eingeschränkt und nicht überall sind wir auf das Niveau vor der Pandemie zurückge- kehrt. So erging es auch der Alumni-Organisation Nanowissenschaften, die nach der erzwungenen Pause nun aber wieder aktiv geworden ist. Im Herbst 2024 haben sich die Mitglieder des Vorstands wieder getroffen, um ein Programm für die nächsten Monate zusammen zu stellen. Ein erstes «AlumniNano meets @Basel» fand bereits im Deze- mer 2024 in der Markhalle in Basel statt. Fast 40 ehemalige und aktuelle Studierende der Nanowis- senschaften waren dabei und genossen es, alte Kon- takte wieder aufleben zu lassen und neue zu knüp- fen. Für 2025 sind etliche weitere Anlässe geplant, die dafür sorgen werden, dass der Zusammenhalt und die gegenseitige Unterstützung von Absolvent: innen des Nanostudiums und der SNI-Doktoranden- schule wieder aufleben und alle von einem lebendi- gen Netzwerk profitieren. AlumniNano Organisation: https://bit.ly/3PoNcm5 Der krönende Ab- schluss des Studiums Nanowissenschaften an der Universität Ba- sel ist seit ein paar Jahren die Masterfeier im Wild‘schen Haus. (Bild: K. Schad) Nach einer recht langen Pause hat sich der Vorstand der AlumniNano- Organisation neu formiert und ein Programm für die nächsten Monate erstellt. (Bild: Alumni- Nano) 13 SNIJahresbericht 2024
Ausgezeichnete Masterarbeit Aris Lafranca untersucht einen Hybridresonator Aris Lafranca hat im Jahr 2024 den Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissen- schaften an der Universität Basel bekom- men. Der junge Nanowissenschaftler aus dem Tessin hat im Rahmen der ausge- zeichneten Masterarbeit am Departe- ment Physik einen Hybridresonator ge- nauer untersucht. Der Resonator aus he- xagonalem Bornitrid und einer Silizium- nitrid-Membran lässt sich potenziell zur Messung von Kräften, Masse oder Be- schleunigung sowie für biomedizinische Anwendungen einsetzen. Dabei zielten die Untersuchungen von Aris Lafranca darauf, das System besser zu charakteri- sieren sowie den Einfluss von Temperatur zu kontrollieren und zu steuern. Bericht Masterarbeit Aris Lafranca: https://bit.ly/3PtE9jy Video mit Aris Lafranca: https://youtu.be/UhcM43AK 7s «Die Arbeit von Aris ist ohne Zweifel die exzellenteste und am besten ausgeführte Master arbeit, die ich hier in Basel je gelesen habe. Ich bin sehr froh, dass er sich entschlossen hat, als Doktorand weiter in der Ex perimentalphysik und in meiner Gruppe zu arbeiten.» Prof. Dr. Martino Poggio, Departement Physik, Universität Basel «Während meiner Zeit in Cam bridge konnte ich meine Fähig keiten in wissenschaftlicher Planung, Diskussion, Kritik und interpersoneller Kommunika tion üben und verbessern. Ich profitierte zudem von einem sehr unterstützenden und moti vierenden Arbeitsumfeld – wodurch ich Freundschaften mit Menschen aus der ganzen Welt schliessen und mein wissenschaftliches Netzwerk erweitern konnte.» Michelle Arnet, ehemalige Nanowissenschafts- studentin, die ihre Masterarbeit am Department of Chemical Engi- neering and Biotechnology an der University of Cambridge (UK) absolviert hat, und jetzt am Deut- schen Krebsforschungszentrum in Heidelberg (D) promoviert Argovia Travel Grants Wertvolle Erfahrung für Studierende Studierende der Nanowissenschaften können Argovia Travel Grants beantra- gen, wenn sie planen Projekt- oder Mas- terarbeiten im Ausland zu absolvieren. Durch den Aufenthalt in einem interna- tionalen Forschungsumfeld erhalten sie Zugang zu hochspezialisierten Laboren, Technologien und Forschungsgruppe, die das Angebot in Basel ergänzen. Sie lernen neue Methoden kennen und beginnen mit dem Aufbau eines internationalen wissenschaftlichen Netzwerks. Die ge- sammelte internationale Erfahrung för- dert dabei nicht nur die akademische Weiterentwicklung, sondern stärkt auch persönliche Kompetenzen wie Anpas- sungsfähigkeit, interkulturelle Kommu- nikation und Selbstständigkeit. «Ich bin dem Swiss Nano science Institute und Prof. San tos sehr dankbar für diese grossartige Möglichkeit. Ich ge wann an Wissen und prakti scher Erfahrung, entdeckte neue berufliche und persönliche Wege und genoss meine Zeit in Groningen, sowohl im Labor als auch darüber hinaus.» Alexa Dani, ehemalige Studentin der Nano- wissenschaften, die am Univer- sity Medical Center Groningen in den Niederlanden ihre Masterar- beit geschrieben hat, und jetzt bei Roche in Basel arbeitet Im Jahr 2024 haben vier Studierende von dem Angebot der finanziellen Unterstüt- zung durch Argovia Travel Grants profi- tiert. Drei davon haben ihre Arbeiten ab- geschlossen. Sie arbeiteten am Depart- ment of Biomaterials & Biomedical Tech- nology und am European Research Insti- tute for the Biology of Ageing am Medical Center Groningen (NL) und am Depart- ment of Chemical Engineering and Bio- technology an der University of Cam- bridge (UK). Eine Masterstudentin ist zur- zeit noch am Institute for Technology-In- spired Regenerative Medicine der Univer- sity of Maastricht (NL) und wird erst im Jahr 2025 ihr Masterstudium abschliessen. Berichte von Studierenden über ihre Auslands aufenthalte: https://bit.ly/3Jss64m 14 SNIJahresbericht 2024
Blockkurse Erster Einstieg in die Forschungswelt Im 5. und 6. Semester des Bachelorstudiums absolvieren die Studierenden der Nanowissenschaften acht ein- bis dreiwöchige Praktika in ganz unterschiedlichen Arbeitsgruppen innerhalb des SNI-Netzwerks. Im Jahr 2024 konnten die Studierenden aus einem Angebot von 40 dieser multidisziplinären Blockkurse auswählen und hatten so die einzigartige Gelegenheit, verschie- dene Forschungsinstitutionen kennen zu lernen und sich zum ersten Mal aktiv an aktuellen Forschungsprojekten zu beteili- gen. Diese intensiven Module verbinden theoretisches Wissen mit praxisorientierten Forschungsfragen und ermöglichen es den Teilnehmenden, modernste Technologien und Methoden aus erster Hand kennenzulernen. Am Ende des 6. Semesters organisieren die Studierenden abschliessend ihre eigene kleine eintägige Konferenz. Sie erhal- ten vorab Information über Eventorganisation, Corporate De- sign, Story Telling und Präsentationstechniken, sodass sie gut vorbereitet Ergebnisse aus den Blockkursen anhand eines Pos- ters und einer Präsentation einem interdisziplinären Gremium mit Forschenden vorstellen können. Die Blockkurse haben sich als zentraler Bestandteil der SNI- Ausbildung bestens etabliert und sind ein wichtiger Schritt, um die nächste Generation von Nanowissenschaftler:innen optimal auf die Herausforderungen in Forschung und Industrie vorzu- bereiten. Information über Blockkurse: https://bit.ly/4h3L5Qk Im Rahmen der Blockkurse führen die Studierenden eigene kleine Projekte durch. Sie bekommen dabei ei- nen Einblick in die aktuelle Forschung an verschiede- nen Departementen der Universität Basel und ande- ren Forschunginstitutionen aus dem SNI-Netzwerk. 15 SNIJahresbericht 2024
SNI-Doktorandenschule: Spezialisierung mit Einblick in verschiedene Fachgebiete Die Ausbildung exzellenter junger Nanowissenschaftler:innen, die an den Schnittstellen verschiedener Disziplinen an den Herausforderungen der Zukunft arbeiten können, ist Teil der Mission des Swiss Nanoscience Institutes. Die im Jahr 2012 gegründete SNI-Doktorandenschule gewährleistet, dass jedes Jahr Nachwuchsforschende abschliessen, die nicht nur Spezialist:innen auf ihrem Themengebiet sind, sondern ein breites Ver- ständnis für Fragestellungen ausserhalb der eigenen Disziplin besitzen. Dazu tragen die interdisziplinären Veranstaltungen des SNI-Netzwerks genauso bei wie speziell für die SNI-Doktorandenschule entwickelte Kurse. Im Jahr 2024 war der überarbeitete Workshop «From Lab to Startup» zum ersten Mal im Programm. Hier erlebten die Doktorieren- den anhand konkreter, selbst entwickelter Konzepte die ersten Schritte auf dem Weg zur Startup-Gründung. Im Jahr 2024 gehörten 40 Doktorierende zur SNI-Doktorandenschule. Fast 25 Prozent davon sind Frauen. Sieben Doktorierende haben ihre Doktorarbeiten 2024 erfolgreich abgeschlossen. Sechs neue Dissertati- onsprojekte wurden 2024 genehmigt und werden 2025 beginnen. Von den 60 SNI-Doktorierenden, die bisher ihre Dissertationen beendet haben, hatten Ende 2024 etwa 70% eine Anstellung in der Industrie. Weiterhin in Forschungsinstitutionen oder an Bundesämtern beschäftigt sind 30% der ehemaligen Doktorierenden des SNI. 16 SNI-Jahresbericht 2024
Sensor für gasförmige Moleküle In ihrer Doktorarbeit hat Dr. Annika Hu- ber ein Nanomaterial entwickelt, das sich als Sensor für bestimmte gasförmige Mo- leküle eignet. Dabei handelt es sich um asymmetrische Moleküle, die zwar die gleiche chemische Formel besitzen, de- ren Spiegelbilder aber nicht deckungs- gleich sind. Diese sogenannten Enantio- mere haben die gleichen physikalischen Eigenschaften, drehen aber polarisiertes Licht in unterschiedliche Richtungen (rechts- und linksdrehend). Da die biolo- gischen Wirkungsweisen sehr verschie- den sein können, ist es wichtig die beiden Enantiomere getrennt voneinander nach- zuweisen – was aufgrund der Ähnlichkeit schwierig ist. Das entwickelte Nanomaterial be- steht aus quadratisch-planaren Platin- komplexen, die bekannt sind für ihre Eigenschaft, gestapelte Aggregate mit kurzen Metall–Metall Abständen zu bil- den. Dies kann zu eindimensionalen Na- nostrukturen führen, die eine hohe elek- trische Leitfähigkeit, Vapochromie und Photolumineszenz aufweisen. Mithilfe von Modifikationen an den Platinkomple- xen induzierte Annika Huber eine asym- metrische Stapelung, die unterschiedlich auf die links- bzw. rechtsdrehende Form der nachzuweisenden Molekülpaare re- agiert. Anhand von fünf getesteten Mole- külpaaren konnte Annika zeigen, dass sich die Platinkomplexe prinzipiell als enantiospezifischer Sensor eignen. So könnte sie beispielsweise klimarelevante Terpene spezifisch aus der Atmosphäre nachweisen. Video: https://youtu.be/8JxTRe8rRPo Annika Huber hat ihre Doktorarbeit am Departe- ment Chemie der Universität Basel absolviert. Melissa Carrillo hat für ihre Doktorarbeit am Paul Scherrer Institut gearbeitet und ist jetzt als Post- doktorandin an der Northwestern University in Chicago IL (USA). Neuartiger Probenträger für kristallographische Untersuchungen Dr. Melissa Carrillo hat in ihrer Doktorar- beit neuartige Probenträger aus Polyme- ren entwickelt und getestet, die sich bes- tens für die Untersuchung von Protein- kristallen an Synchrotron- und Freie-Elek- tronen-Röntgenlaserquellen eignen. Als Probenträger dient eine transparente mikrostrukturierte Polymermembran, die mit tausenden von pyramidenförmi- gen Vertiefungen mit winzigen Löchern an der Unterseite ausgestattet ist. In die- sen 100 x 100 μm 2 grossen Kavitäten rich- ten sich die zu analysierenden Protein- kristalle selbst aus und ermöglichen da- mit die Bestimmung ihrer Position vor der Analyse. Der Probenträger zeichnet sich durch minimale Hintergrundsignale, be- nutzerfreundliche Handhabung, Langle- bigkeit und hohe Wiederverwendbarkeit aus. Zudem bietet er das Potenzial für eine kostengünstige Massenanfertigung. Melissa Carillo hat in ihrer Arbeit auch einen Träger mit einer schwarzen Membran für Experimente an lichtemp- findlichen Proteinen entwickelt. Damit konnte sie die Ligand-Bindung eines licht- gesteuerten Systems untersuchen, mit dem Ziel die strukturelle Dynamik von Bindungsvorgängen zu entschlüsseln. Publikation: https://bit.ly/3WefdQX Mikrofluidik für die Antibiotika forschung Dr. Maria-Elisenda Alaball Pujol hat im Rahmen ihrer Doktorarbeit ein integrier- tes Mikrofluid-System entwickelt, mit dem sich quantifizieren lässt, wie Bakte- rien auf verschiedene Antibiotika reagie- ren abhängig von ihrem physiologischen Zustand. Die Methode erlaubt es, antimi- krobielle Verbindungen zu identifizieren, die sich speziell gegen resistente Subpo- pulationen einsetzen lassen und beste- hende Behandlungen ergänzen können. Für ihre Untersuchungen hat Maria- Elisenda einen integrierten mikrofluidi- schen und rechnergestützten Aufbau (Dual-Input Mother Machine) weiterent- wickelt und genutzt. Hierbei wachsen die Bakterien in engen Wachstumskanälen, die senkrecht zu einem Hauptkanal ver- laufen. Die Bakterien können dabei mit verschiedenen Nährmedien unter ein- stellbaren Bedingungen versorgt und un- terschiedlichen Antibiotika ausgesetzt werden. Die Bildanalyse-Software Mother Machine Analyzer erlaubt das Wachstum und die Entwicklung der Bakterien kon- tinuierlich zu verfolgen. Maria-Elisenda hat neue mikrofluidische Schaltungen entwickelt, welche die parallele Untersu- chung verschiedener Antibiotika und Bakterienstämme erlauben. Mit der neuen Technologie war sie in der Lage, einzelne Bakterien vor, während und nach der Antibiotikagabe zu verfolgen und deren Überleben zu bewerten. Für die Untersuchungen konzentrierte sie sich auf die Behandlung von Escherichia coli mit einer Reihe Antibiotika in kli- nisch relevanten Konzentrationen. Maria-Elisenda Alaball Pujol hat für ihre Doktorar- beit am Biozentrum der Universität Basel ge- forscht. 17 SNIJahresbericht 2024
Empfindliche Sensoren basierend auf Diamant Farbzentren In seiner Doktorarbeit hat Dr. Josh Zuber Silizium-Vakanzzentren in Diamanten für Anwendungen in der Rastersondenmag- netometrie untersucht. Diese Diamant- Farbzentren sind von besonderem Inter- esse, da sie auch unter extremen Bedin- gungen exzellente optische und Spin-Ei- genschaften ausweisen sowie eine hervor- ragende Photostabilität besitzen. Josh Zuber konnte in seinen Arbeiten zeigen, dass sich negativ geladene Sili- zium-Vakanzzentren in optimierten Na- nostrukturen (SiV − ) aufgrund der hohen räumlichen Auflösung und Empfindlich- keit für die Untersuchung komplexer phy- sikalischer Systeme eignen, die bei ext- rem tiefen Temperaturen (<-272.15) und starken Magnetfeldern analysiert werden müssen. Weitergehende Untersuchungen belegten, dass auch das neutrale Silizium- Vakanzzentrum (SiV 0 ) in Diamanten ein vielversprechender Kandidat für Quan- tentechnologie-Anwendungen ist. Josh Zuber stellte in seiner Arbeit eine neue Methode zur Kontrolle des Ladungszu- stands der SiV-Zentren vor, die eine Ober- flächenbehandlung und optische Techni- ken zur Umschaltung zwischen den SiV − und SiV 0 -Ladungszuständen umfasst. Seine Arbeit leistet einen wesentlichen Beitrag zur Verwendung von SiV-Zentren für präzise Messungen unter extremen Bedingungen und bietet neue Methoden zur Kontrolle von Diamant-Farbzentren, die den Weg für fortschrittliche Quanten- technologien in der Quantensensorik, beim Quantencomputing und in der Quantenkommunikation ebnen. Publikation: https://doi.org/10.1021/acs. nanolett.3c03145 Josh Zuber hat seine Doktorarbeit am Departe- ment Physik der Universität Basel durchgeführt und war dort dann auch als Postdoktorand tätig. Mit Licht gekoppelt Dr. Gian-Luca Schmid hat in seiner Dok- torarbeit zwei unterschiedliche Quanten- systeme über eine vergleichsweise grosse Distanz von einem Meter mithilfe von Laserlicht gekoppelt. Derartige Schnitt- stellen sind für zukünftige Quantentech- nologien von grosser Bedeutung. Als mikroskopisches System verwen- dete Gian-Luca den kollektiven Spin einer Wolke kalter Rubidium-Atome. Bei dem makroskopischen System handelt es sich um eine vibrierende Membran, die zwi- schen zwei Spiegeln angebracht ist. Die Membran weisst eine Nanostruktur auf, welche die Schwingungseigenschaften optimiert. Gian-Luca hat die Interaktion der bei- den Systeme genutzt, um den mechani- schen Oszillator innerhalb eines Bruch- teils einer Millisekunde auf eine Tempe- ratur nahe des absoluten Nullpunkts zu kühlen. Dazu werden zunächst die Eigen- drehimpulse der Atome in einer wohlde- finierten Richtung ausgerichtet – was ei- nem sehr kalten Zustand nahe des abso- luten Nullpunkts entspricht. Da die bei- den Systeme gekoppelt sind, kann die aufgrund der Raumtemperatur der Um- gebung stark vibrierende Membran ihre Energie an die Atome übertragen. Mit Laserlicht werden diese dann schnell wie- der in den Ausgangszustand zurückver- setzt. Dieses Prinzip der kohärenten Rückkopplung, bei dem der Atomspin als Kontrolleinheit des Oszillators dient, funktioniert ohne Messungen, die das System beeinflussen würden. Publikation: https://doi.org/10.1103/PhysRe vX.12.011020 Video: https://youtu.be/gWER3ToDqNo Gian-Luca Schmid hat seine Doktorarbeit am De- partement Physik der Universität Basel absolviert und dort seine Arbeiten als Postdoktorand weiter geführt. Kopplung eines Festkörpers mit einem Atomsystem Dr. Moritz Weegen hat in seiner Doktor- arbeit ein Hybridsystem aus einem Fest- körper und wenigen Atomen entwickelt und anschliessend charakterisiert. Er koppelte dazu einen geladenen na- nomechanischen Oszillator in Form eines Silber-Gallium-Nanodrahts (Ag 2 Ga) an ein- zelne Calciumionen (Ca + ), die in einer Hochfrequenzfalle gefangen sind. In die- sem Hybridsystem lassen sich die Calci- umionen durch die mechanische Bewe- gung des Nanodrahts anregen. In seinen experimentellen Arbeiten zeigte Moritz Weegen, dass die Stärke der Kopplung von verschiedenen Parametern abhängt wie mechanische Eigenschaften und Schwingungsamplitude des Nano- drahts, Abstand zwischen Nanodraht und Ionen sowie Ladung des Nanodrahts. Um diese experimentellen Ergebnisse zu un- terstützen, entwickelte er ein theoreti- sches Modell des Hybridsystems und führte Simulationen aus, welche die Wechselwirkung im klassischen Bereich beschreiben. Derartige Hybridsysteme aus einem Festkörper und einem Atomsystem nut- zen die Vorteile der beiden gekoppelten Systeme und versprechen neue Anwen- dungen in der Quantentechnologie und Quantenkommunikation. Publikation: https://doi.org/10.1103/PhysRev Lett.133.223201 Moritz Weegen hat seine experimentellen Arbei- ten an den Departementen Chemie und Physik der Universität Basel durchgeführt. Er arbeitet jetzt als Data Engineer bei IWB. 18 SNIJahresbericht 2024
Ersatzgewebe für das Herz Dr. Fabian Züger hat in seiner Doktorar- beit eine vielversprechende Strategie ent- wickelt, um Ersatzgewebe für das Herz herzustellen, das die Strukturen und Merkmale des Herzmuskels nachahmt. Er entwickelte dazu als Trägermate- rial eine massgeschneiderte Biotinte aus Methylcellulose und Gelatine, die Herz- muskelzellen von Ratten enthielt und exzellente Druckeigenschaften aufwies. Mit dieser Tinte liessen sich bis zu 5.4 Mil- lionen Zellen pro Millimeter drucken und die Steifigkeit so einstellen, dass sie der verschiedener Gewebearten einschliess- lich des Herzmuskels nahe kommt. Feine leitfähige, massgeschneiderte Nanofa- sern aus einem Gemisch von Kohlenstoff- nanoröhren und Polycaprolacton, die Fa- bian Züger mitttels Elektrospinning her- stellte, sorgten dann für eine Kombina- tion, die der natürlichen extrazellulären Matrix des Herzens ähnelt. Bei den Untersuchungen von Fabian Züger überlebten über 90% der gedruck- ten Herzmuskelzellen. Bereits nach 5 bis 8 Tagen begannen die Zellen spontan zu kontrahieren – wie dies für Herzzellen normal und gewünscht ist. Die leitfähi- gen Nanofasern hatten einen positiven Einfluss auf die Steuerung der Herzzellen. Das System kombiniert erfolgreich die Vorteile von 3D-Bioprinting und Elektro- spinning. Es bietet eine innovative Me- thode, um Herzgewebe für die Forschung und potenzielle Anwendungen in der re- generativen Medizin herzustellen. Publikation: https://doi.org/10.3390/biomime tics8010027 Fabian Züger hat seine experimentellen Arbeiten an der Hochschule für Life Sciences FHNW durch- geführt. Beim Annual Event im Jahr 2024 am Hallwiler See gewann Morris Degen (links) den Preis für den besten Vortrag und Anamarija Nikoleti ć (rechts) den Preis für das beste Poster. SNI-Direk- tor Martino Poggio (Mitte) überreichte die Preise zum Ende der zweitägigen Konferenz. (Bild. K. Beyer-Hans, SNI, Universität Basel) «Der Annual Event des SNI ist für mich immer ein besonderes Highlight, da er die einzigartige Gelegenheit bietet, Einblicke in Spitzenforschung ausserhalb des eigenen Fachgebiets zu ge winnen und sich in entspannter Atmosphäre mit Forschenden aus verschiedensten Disziplinen auszutauschen. Es war eine gro sse Ehre, für meinen Vortrag den Best Talk Award zu erhalten.» Morris Degen Doktorand der SNI-Doktoranden- schule und Gewinner des Best Talk Awards beim Annual Event 2024 19 SNIJahresbericht 2024
SNI Doktorierende Interdisziplinär vernetzt Die erfolgreiche Verteidigung der Doktorarbeit ist der krönende Abschluss für alle Doktorierenden. Sie waren in Forschungsgruppen an verschiedenen De- partementen der Universität Basel (Biozentrum, Che- mie, Physik), des Paul Scherrer Instituts und der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) bestens integriert, haben im Laufe ihrer Dissertation zahl- reiche Hürden bewältigt und bewiesen, dass sie selbstständig komplexe Herausforderungen bewäl- tigen können. In den letzten Jahren haben sie sich ein enormes Fachwissen in ihrem Spezialgebiet an- geeignet und ihre Ergebnisse in Form von Vorträgen und Veröffentlichungen erfolgreich dem jeweiligen Fachpublikum präsentiert. Die Doktorierenden der SNI-Doktorandenschule haben sich jedoch nicht nur ein Netzwerk innerhalb ihres Forschungsgebiets aufgebaut, sondern sind auch Teil des interdisziplinären SNI-Netzwerks ge- worden. Sie haben sich mit Themen weit ausserhalb ihres Fachgebiets auseinandergesetzt, sich in andere Forschungsthemen hineingedacht und mit For- schenden anderer Disziplinen diskutiert. Zudem ha- ben sie gelernt auch einem anspruchsvollen, fach- fremden Personenkreis die eigene Forschung näher zu bringen. Dazu dienten zahlreiche vom SNI-Team organisierte Veranstaltungen wie die Winterschule «Nanoscience in the Snow» – bei der sich 2024 län- gere Vorträge geladener Expert:innen um Nanoma- gnetismus, Oberflächenchemie, molekularbiologi- sche Methoden und die Vorteile eines Doktortitels im Startup-Milieu drehten. Auch der neu ins Pro- gramm aufgenommene Startup-Workshop oder der Kurs über Kommunikation und Rhetorik unterstützt die breite Ausbildung der Doktorierenden. Die jähr- lich stattfindenden SNI-Anlässe wie Annual Event und NanoTec Apéro trugen ebenfalls massgeblich dazu bei, dass die jungen Nachwuchsforschenden nun bestens ausgerüstet sind, um an den Schnittstel- len verschiedener Disziplinen ihre berufliche Karri- ere fortzuführen. Im Jahr 2024 haben sieben SNI-Doktorie- rende ihre Dissertation erfolgreich abge- schlossen. Ihre experi- mentellen Arbeiten dazu haben sie am Biozentrum, an den Departementen Chemie und Physik der Universität Basel, an der Hochschule für Life Science FHNW oder am Paul Scherrer Institut durchgeführt. «Die SNI Doktorandenschule habe ich als extrem wertvoll erlebt mit lebendigem Aus tausch, interdisziplinären Möglichkeiten sich weiter zu entwickeln, über den Horizont zu blicken und mit Menschen zu vernetzen.» Annika Huber, ehemalige Doktorandin der SNI- Doktorandenschule 20 SNIJahresbericht 2024
«Ich habe die akademischen Ideen meines Dissertationsprojekts wei ter entwickelt und fühlte mich sehr wohl dabei, den nächsten Schritt zu einem Startup Unternehmen anzudenken. Der SNI Rhetorik Workshop, den ich im Jahr zuvor besucht habe, hat mir sehr geholfen, auch überzeugend zu präsentieren.» Elizaveta Maksimova, SNI-Doktorandin am Departement Chemie der Universität Basel und Gewinnerin des Pitching-Wettbewerbs «Es war grossartig zu sehen, wie die Teilnehmenden ihre Projekte in dem sehr kurzen Zeitraum von nur 1,5 Tagen entwickelt haben und zu einem beeindruckenden Ergeb nis führten.» Anna-Elina Pekonen, Innovation Office, Universität Basel SNI Startup Workshop «From Lab to Startup» Doktorierende der SNI-Doktorandenschule arbeiten meist an grundlagenwissenschaft- lichen Themen, doch der Weg zu innova- tiven Anwendungen ist oft nicht weit. Mitte Oktober erhielten sieben SNI-Dokto- rierende beim Workshop «From Lab to Startup» Einblicke in die Welt der Start-up- Gründung. Unter Anleitung von Expert: innen entwickelten sie Geschäftsideen, lernten wichtige Schritte für die Unter- nehmensgründung und präsentierten diese in einem Pitch-Wettbewerb. In Zusammenarbeit mit Anna-Elina Pekonen vom Innovation Office der Uni- versität Basel hatte der Koordinator der Doktorandenschule, Dr. Andreas Baum- gartner, ein neues Konzept für den künf- tig jährlich stattfindenden Workshop «From Lab to Startup» entwickelt. Mitte Oktober moderierte dann Anna-Elina Pe- konen zusammen mit Mauricio Campos, Inhaber eines Beratungsunternehmens, die erste Ausgabe dieses Angebots. Sie vermittelte neben theoretischem Wissen auch praktische Erfahrungen. Zwei er- folgreiche Gründer teilten ihre Einsich- ten, und die Teilnehmenden erarbeiteten eigene Startup-Konzepte – meist basie- rend auf der eigenen Forschung. Den bes- ten Pitch präsentierte Elizaveta Maksi- mova aus dem Team von Prof. Dr. Jona- than de Roo (Departement Chemie), die die Jury mit ihrer klaren Darstellung überzeugte. Mit diesem Angebot möchte das SNI Doktorierende dazu anregen, alternative Karrierewege zu erkunden und die An- wendbarkeit ihrer Forschung zu prüfen. Der Workshop war ein voller Erfolg und wird weiterhin junge Forschende auf ih- rem Weg unterstützen. Artikel in SNI INSight: https://bit.ly/3DNnPaR Das neue Konzept des Workshops «From Lab to Startup» hat sowohl die Teilnehmenden wie auch die Kursleitenden überzeugt. Von nun an wird der Workshop jedes Jahr für eine Gruppe SNI-Doko- rierender angeboten, sodass alle Mitglieder der SNI-Doktorandenschule einmal während ihres Doktorats diesen wertvollen Einblick in die Welt der Firmengründung erfahren werden. (Bild: A. Baumgartner, SNI, Universität Basel) Beim Startup-Workshop überzeugte Elizaveta Maksimova die Jury mit ihrer klaren Präsentation und gewann den Preis für den besten Pitch. 21 SNIJahresbericht 2024
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Schwingende Nanotrommel Winzige Membranen werden durch Anordnungen von Nanosäulen so strukturiert, dass sie in ganz be sonderer Art und Weise schwingen. In der Mitte der Membran fehlen diese Nanosäulen, daher vibriert der zentrale Bereich mit äusserst geringer Dämpfung. Diese Abbildung zeigt eine Messung der Schwin gungs amplitude der Membran, die in der Mitte sehr gross ist und zu den Rändern hin kleiner wird. Die Forschenden nutzen derartige Nanotrommeln für die Quantenwissenschaft. Das Bild war 2024 eines der Gewinnerbilder das Nano Image Awards. (Bild: Gian Luca Schmid, Departement für Physik, Universität Basel) Mehr über die grundlagenwissenschaftliche Forschung ab Seite 24. 23 SNI-Jahresbericht 2024
Forschung: Grundlagenforschung bildet die Basis Bei einem grossen Teil der Forschungsaktivitäten, die vom Swiss Nanoscience Institute unterstützt werden, stehen grundlagenwis- senschaftliche Fragestellungen im Vordergrund. Denn erst, wenn wir verstehen wie nanoskalige Systeme funktionieren, können wir mithilfe dieses Wissens Anwendungen entwickeln. Dabei profitieren Forschende im SNI-Netzwerk von einer grossen Vielfalt an Expert:innen, die in den verschiedenen Partnerinstitutio- nen und Departementen aktiv sind. Dementsprechend sind auch die vom SNI unterstützten Forschungsprojekte sehr divers. Von Frage- stellungen, die sich um das Verständnis grundlegender quantenphysi- kalischer Phänomene drehen über materialwissenschaftliche Ansätze bis hin zu biomedizinischen Anwendungen, ist alles dabei. Dabei fo- kussieren sich die Forschenden im SNI-Netzwerk vor allem darauf, die Nanowelt „sichtbar“ zu machen sowie Strukturen und Materialien im Nanometermassstab herzustellen, die dann in den Quanten-, Ma- terial- oder Umweltwissenschaften sowie in den Life Sciences und der Medizin angewendet werden können. Im Jahr 2024 haben Forschende aus dem SNI-Netzwerk 74 Publikatio- nen in renommierten Wissenschaftsjournalen veröffentlicht. Mit einer kleinen Auswahl spiegeln wir die Vielfalt der bearbeiteten Themenbe- reiche und die erzielten Resultate wider. Mit dieser Forschungsarbeit tragen SNI-Mitglieder dazu bei, Vorgänge und Gesetze in der Welt der winzigen Strukturen besser zu verstehen und schaffen damit die Grundlagen für mögliche Anwendungen. 24 SNI-Jahresbericht 2024
Inhalt einzelner Zellen Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neue Methode beschrieben, um Stoffwechselprodukte und Proteine aus ein- zelnen oder wenigen Zellen zu analysieren. Die Wissenschaftler brechen mit einer kurzen Elektroporation einzelne Zellen auf und saugen den Zellinhalt mithilfe einer feinen Kapillare unter dem Lichtmikroskop ein. Anschliessend analysieren sie die Pro- ben mit Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC- MS) und weiteren Verfahren. Die Methode ermöglicht präzise Messungen von Zellstrukturen, Stoffwechselprodukten und Proteinen auf Einzelzellebene und eröffnet neue Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung. Originalpublikation: https://doi.org/10.1039/D4LC00269E In der oberen Reihe ist eine Zielzelle (schwarzer Pfeil) vor der Elektroporati- on und dem Aufsaugen des Zellinhalts gezeigt. Bei den Aufnahmen in der unteren Reihe wurde der Zellinhalt aufgesaugt. Das Fluoreszenzsignal stammt von markierten, krankmachenden Amyloiden, die durch die Zelle aufgenommen wurden. Der weisse Balken entspricht einer Länge von 100 μm. (Bild: A. Fränkl, L. Rima, Biozentrum, Universität Basel) Fein abgestimmtes Zusammenspiel ist wichtig Ein Forscherteam aus Basel hat bestimmte Proteine untersucht (Exportine), die am Transport von Molekülen aus dem Zellkern ins Zytoplasma beteiligt sind. Die Studie hat gezeigt, dass be- stimmte Bereiche von Exportin 2 (auch CAS genannt) und andere Proteine dafür sorgen, dass CAS im Zellkern bleibt, bis es ge- braucht wird. Eine Mutation oder ein Ungleichgewicht in diesem Prozess kann zu krankhaftem Zellverhalten, wie bei Krebs, füh- ren. Diese Erkenntnisse zeigen, wie wichtig das balancierte Zu- sammenspiel der Proteine für den Transport in und aus dem Zellkern ist. Originalpublikation: https://rupress.org/jcb/article/223/2/ e202306094/276511/Mechanism of exportin retention in the cell Die Forschenden beobachten unter dem Fluoreszenzmikroskop wie wichtig die fein abgestimmte Interaktion zwischen den Exportinen und RanGTP ist. Eine einzige Mutation verändert das Schicksal von CAS im Zellkern wie an dem Unterschied zwischen dem Wildtyp (oben) und einer mutierten Form (unten) zu sehen ist. (Bild: L. Kapinos, Biozentrum, Universität Basel) 25 SNIJahresbericht 2024
Kolorierte elektronenmikroskopische Aufnahme von Siliziumdioxid-Nanopartikeln (grün) in einer Matrix (orange). Der Balken entspricht einer Län- ge von 400 Nanometern. (Bild: FHNW) Methode zum Nachweis von Nanopartikeln in Lebensmitteln für Kleinkinder Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben im Rahmen des Nano- Argovia-Programms ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanopartikel (Durchmesser von weniger als 100 Nanometer) in Säuglingsnahrung mit einem hohen Probendurchsatz nachwei- sen lassen. Originalpublikation: https://doi.org/10.1021/acsomega.3c09459 26 SNI-Jahresbericht 2024
Nanokompartimente für enzymatische Reaktionen Wissenschaftler:innen aus unserem Netzwerk haben neuartige Nanocluster entwickelt, die sich an der Art und Weise orientie- ren, wie natürliche Zellen in Geweben interagieren. Diese in- telligenten Cluster bestehen aus katalytischen Nanokomparti- menten (CNCs), die mit Enzymen beladen sind, die präzise an Janus-Nanopartikeln (JNPs) befestigt sind. Sie werden durch programmierte DNA-Hybridisierung spezifisch zusammenge- setzt. Die einzigartige Asymmetrie der Janus-Nanopartikel sorgt dafür, dass die CNCs auf spezifischen Lappen der Janus-Nano- partikel angeordnet werden. Die Cluster bieten einen begrenz- ten Raum für verschiedene Arten von enzymatischen Reaktio- nen und leiten deren Richtung ein. Diese neue Technologie bietet ein leistungsfähiges Werkzeug für die Entwicklung in- telligenter Materialien mit präziser zeitlicher und räumlicher Steuerung der Reaktionen auf der Nanoskala, die in verschie- denen Bereichen wie der Medizin und Biotechnologie benötigt werden. Originalpublikation: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1369702124001858?via%3Dihub Synthetische Zellen ahmen natürliche Zellkommunikation nach Einem Forschungsteam der Universität Basel ist es gelungen, einfache, umweltsensitive Zellen mitsamt Zellorganellen syn- thetisch zu erzeugen. Erstmals konnten sie mit diesen Proto- zellen auch die natürliche Kommunikation zwischen Zellen nachahmen – nach dem Vorbild von Lichtsinneszellen im Auge. Sie eröffnen damit neue Möglichkeiten für die Grundlagenfor- schung und Anwendungen in der Medizin. Originalpublikation: https://doi.org/10.1002/adma.202413981 Nanostrukturen für bessere Implantate Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben untersucht, wie na- nostrukturierte Titanoberflächen (Ti2-Spikes) Zahnimplante verbessern können. Das interdisziplinäre Team untersuchte dabei die Lebensfähigkeit von Osteoblasten und Fibroblasten und kontrollierte, wie verschiedene Bakterienstämme die mo- difizierten Oberflächen besiedeln. Originalpublikation: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jbm.a.37768 Video: https://youtu.be/9yRkvlNvL2w Nanostrukturierte Titanoberflächen können das Wachstum von Bakterien be- einflussen und einen Einfluss auf die Lebensfähigkeit von Osteoblasten und Fibroblasten haben. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) Elektronenmikroskopische Aufnahme von Nanoclustern, deren Struktur so modelliert ist, dass sie die Interaktionen natürlicher Zellen in Geweben nach- ahmt. (Bild: Departement für Chemie, Universität Basel) Schematische Darstellung der synthetischen Zellkommunikation (Illustrati- on: Olivia Fischer, Universität Basel) 27 SNIJahresbericht 2024
Zum Schutz von Enzymen Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben Methoden untersucht, um mithilfe einer massgeschneiderten Nanoumgebung Enzyme zu stabilisieren, ohne ihre Struktur und Funktion zu beeinträch- tigen. Dazu haben sie ringförmige Zuckermoleküle (Cyclodex- trine) verwendet, welche die dreidimensionale Struktur der Proteine durch supramolekulare Wechselwirkungen mit ihrer Oberfläche stabilisieren. Die schützende Wirkung kann noch verstärkt werden, wenn die Cyclodextrine in eine Organosilika- Schicht integriert werden. Enzyme, die auf diese Art und Weise immobilisiert wurden, zeigten eine verbesserte Hitzestabilität und Erholung nach Schädigung durch verschiedene Stressfak- toren. Originalpublikation: https://doi.org/10.1002/cbic.202400840 Mithilfe der Nanoumgebung lassen sich Enzyme immobilisieren und schüt- zen. (Bild: FHNW) Hybrides Transportsystem für genetisches Material Lipid-Nanopartikel sind wichtige Transportmittel für geneti- sches Material (Nukleinsäuren) und wurden unter anderem durch COVID-19-Impfstoffe bekannt. Ihre Effizienz ist jedoch begrenzt, da nur ein kleiner Teil der transportierten Nuklein- säuren in die Zellen gelangt. Um dies zu verbessern, kombinier- ten Forschende aus dem SNI-Netzwerk Lipid-Nanopartikel mit Zellvesikeln, die aus natürlichen Zellen stammten. Die produ- zierten Hybride zeigten i n vitro und in vivo eine deutlich er- höhte Rate der Genexpression. Durch die Einbeziehung von aus Zellen gewonnenen Vesikeln könnte der Entwicklungsprozess rationalisiert und die Wirksamkeit und Potenz von Genträger- systemen ohne umfangreiches Screening deutlich verbessert werden. Originalpublikation: https://doi.org/10.1002/adhm.202401888 Mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie überprüfen die Forschenden die Ex- pression der Gene, die mithilfe des hybriden Transportsystems in die Zellen eingeschleust wurden. (Bild: C. Alter, Departement Pharmazeutische Wissen- schaften, Universität Basel) Breite von künstlichen Poren entscheidend Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben gezeigt, dass die Breite von Kernporenkomplexen beim Transport in und aus dem Zell- kern entscheidend ist und dass nukleare Transportrezeptoren eine aktive Rolle bei der Transportregulation spielen. Nucleoporine in Kernporenkomplexen bilden eine selektive Barriere, welche die Diffusion grosser Moleküle unterdrückt, aber den schnellen Transport von Molekülen ermöglicht, die an nukleare Transportrezeptoren gebunden sind. Die Forschen- den haben nun künstliche Poren aus DNA mit unterschiedlichen Durchmessern und Nucleoporin-Anordnungen gebaut. Anhand von Viruspartikeln stellten die Forschenden fest, dass be- stimmte Nucleoporine in engen Poren (60 nm) eine undurch- lässige Barriere für die Viruspartikel bildeten, während sie in grösseren Poren (79 nm) weniger wirksam war. Originalpublikation: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv. adq8773 28 SNIJahresbericht 2024
Nanopartikel für eine wirksamere Immuntherapie Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben einen innovativen Ansatz untersucht, um bestehende Krebsbehandlungen wie Immuntherapien wirksamer zu machen. Sie haben dazu Nano- partikel entwickelt, die ein Medikament namens Esomeprazol (das üblicherweise zur Behandlung von Magenübersäuerung verwendet wird) enthalten, um den Säuregehalt von Tumoren gezielt zu reduzieren. Bei Tests an Hautkrebszellen bewirkten diese Nanopartikel nicht nur eine Reduzierung der sauren Um- gebung der Tumorzellen, sondern auch eine Verhaltensände- rung, einschliesslich der Reduzierung von Faktoren, die den Tumoren helfen, sich dem Immunsystem zu entziehen. Darüber hinaus wurden durch die Behandlung immunsuppressive Zel- len von Patient:innen so verändert, dass ihre Fähigkeit, die natürliche Immunantwort des Körpers gegen Krebs zu unter- stützen, gestärkt wurde. Originalpublikation: https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.111559 Die Mikroumgebung von Tumoren ist häufig mit einem sehr niedrigen pH-Wert verbunden. For- schende aus dem SNI-Netzwerk untersuchen, wie der intrazelluläre Säuregehalt von Tumor- und im- munsupprimierenden Zellen mit Nanopartikeln neutralisiert werden kann. Erste Studien deuten darauf hin, dass sich eine Reduktion des Säure- gehalts positiv auf die Immunantwort des Kör- pers gegen den Tumor auswirken kann. (Bild: FHNW, generiert mit Canva) 29 SNIJahresbericht 2024
Andreev-Qubit-Koppler: Der lange Mikrowellenresonator (a) koppelt zwei Andreev-Qubits (links (b), rechts (c)). Der Anschluss im mittleren Teil von Bild (a) ist der Ausleseanschluss. Die Vergrösserung eines einzelnen Nanodrahts (d) gibt eine Vorstellung über die Winzigkeit eines einzelnen Qubits. Der Na- nodraht ist mit einem Supraleiter (cyan) beschichtet. Der eigentliche An- dreev-gebundene Zustand, der die Qubitzustände bildet, befindet sich in dem durch den roten Pfeil gekennzeichneten zentralen weissen Abschnitt. Auch auf dem linken Quantenbauelement befindet sich ein ähnlicher Nano- draht. (Bild: C. Schönenberger, Departement Physik, Universität Basel) Starke Kopplung zwischen Andreev Qubits über einen Mikrowellenresonator Physikern der Universität Basel ist es erstmals gelungen, zwei Andreev-Qubits über eine makroskopische Distanz kohärent miteinander zu koppeln. Sie erreichten dies mithilfe von Mik- rowellen-Photonen, die in einem schmalen supraleitenden Re- sonator generiert werden. Die Forschenden haben die Ergeb- nisse der Experimente und begleitende Berechnungen kürzlich veröffentlicht und damit eine Basis für die Nutzung von gekop- pelten Andreev-Qubits in der Quantenkommunikation und im Quantencomputing gelegt. Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41567 024 02630 w Abhängigkeit der Magnetfelder bei zunehmender Dehnung des Chromsulfid- bromid-Bandes (Departement Physik, Universität Basel) Umkehrung des Magnetismus durch Dehnung Bänder des zweidimensionalen Halbleiters Chromsulfidbromid (CrSBr) verändern ihre Magnetisierung, wenn sie gedehnt wer- den. Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben veröffentlicht, wie sie dünne Chromsulfidbromid-Bänder aus wenigen atoma- ren Lagen gezielt dehnen und dabei mithilfe einer Cantilever- sonde mit integriertem supraleitenden Quanteninterferenzge- rät (SQUID) beobachten. Dabei konnten die Forschenden bele- gen, dass das geschichtete, zweidimensionale CrSBr aufgrund der Dehnung seine antiferromagnetischen Eigenschaften ver- liert und zu einem Ferromagneten wird. Diese Veränderung der Magnetisierung und die Bildung von Domänen reproduzierten die Forschenden durch ein mikromagnetisches Modell. Originalpublikation: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03919 Kopplung von Nanodraht und Ionen Im Rahmen einer Doktorarbeit in der SNI-Doktorandenschule haben Forschende in einer speziellen Falle einen ultradünnen Metalldraht (Nanodraht) mit kühlbaren Ionen kombiniert. Es gelang ihnen, die Ionen durch mechanische Schwingungen des Nanodrahts gezielt in Bewegung zu versetzen – sowohl resonant (im Einklang mit der natürlichen Bewegung der Ionen) als auch nicht-resonant. Die Ergebnisse zeigen, dass eine mechanische Kopplung zwischen Ionen und einem Nanooszillator möglich ist. Dies könnte zukünftig neue Wege eröffnen, um die Bewe- gung gefangener Ionen mechanisch zu steuern oder hybride Quantensysteme zu entwickeln. Originalpublikation: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.223201 In einer speziellen Falle (dargestellt durch die gelben Strukturen) lassen sich Ionen durch mechanische Schwingungen eines Nanodrahts (an der grauen Spitze) gezielt in Bewegung versetzen. (Bild: Departement Chemie, Universi- tät Basel) 30 SNI-Jahresbericht 2024
Mit einem AFM untersuchen Forschende die Reibung auf der Nanometer- skala auf einer Monolage Molybdändisulfid auf einer Goldoberfläche. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) Reibung hängt von Geschwindigkeit ab Auf der Nanometerskala hängen Reibungskräfte von der Ge- schwindigkeit ab, wie Forschende von der Universität Basel ge- zeigt haben. Die Forschenden haben dazu die Spitze eines Ras- terkraftmikroskops (AFM für Atomic Force Microscope) über eine Monolage Molybdändisulfid auf einer Goldoberfläche bewegt. Sie stellten fest, dass in einem breiten Geschwindigkeitsbereich von 10 bis 100 Nanometern pro Sekunde, die Reibung zwischen der AFM-Spitze und der Oberfläche abnimmt. Diese Ergebnisse weichen vom dem klassischen Coulomb-Gesetz ab, das die Un- abhängigkeit der Reibung von der Geschwindigkeit beschreibt. Originalpublikation: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.136201 2D Schicht aus Phosphor Pentameren: Auch auf Metall mit Halbleitereigenschaften Forschende der Universität Basel haben auf einer Silberoberflä- che Fünferringe von Phosphoratomen (Phosphor-Pentamere (Cyclo-P5)) synthetisiert und ihre elektronischen Eigenschaften erstmals mithilfe kombinierter Rasterkraft- und Rastertunnel- spektroskopie untersucht. Sie stellten dabei fest, dass die ato- mare Phosphor-Pentamerschicht ihre Halbleitereigenschaften beibehält und sich an der Grenzfläche zur Silberoberfläche eine spezielle elektronische Schnittstelle ausbildet (p-Typ-Halbleiter- Metall-Schottky-Übergang). Damit erfüllen die Phosphor-Penta- mere auf der Silberoberfläche eine Grundvoraussetzung für Anwendungen in Feldeffekttransistoren, Dioden oder Solarzel- len, wie die Forschenden kürzlich beschrieben. Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41467 024 50862 4 SNI Meldung: https://bit.ly/4jAWwRt Wenn sich durch Selbstorganisation Fünferringe von Phosphoratomen (Phosphor-Pentamere) auf einer Silberoberfläche bilden, behält die zweidi- mensionale Phosphorschicht ihre Halbleitereigenschaften bei. An der Grenz- fläche zur Silberoberfläche bildet sich eine spezielle Schnittstelle (p-Typ- Halbleiter-Metall-Schottky-Übergang). (Bild: R. Pawlak, Departement Physik, Universität Basel) Die Forschenden haben den neu entwickelten Femtosekundenlaser im Rah- men des Nano-Argovia-Projekts NanoFemto Tweezer eingesetzt, um optische Pinzetten zu entwickeln. Neuer Femtosekundenlaser Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben Alexandrit-Ultrakurz- zeitlaser produziert, die mit neu entwickelten roten Laserdio- den bei 638 nm gepumpt werden und für verschiedene High- Tech-Anwendungen geeignet sind. Die Kombination aus direk- ten Diodenpumpen und den extrem kurzen Lichtpulsen (44 und 95 Femtosekunden) macht diese Laser besonders effizient, mit hoher Spitzenleistung und vielseitig einsetzbar für moderne Anwendungen in Wissenschaft und Technik. Originalpublikation: https://doi.org/10.1364/OE.542834 31 SNI-Jahresbericht 2024
Mit einem aufwändigen Versuchsaufbau haben Forschende aus dem SNI-Netzwerk eine starke Kopplung zwischen einem Elektronenspin und ei- nem Photon erzielt. (Bild: A. Pally, Departement Physik, Universität Basel) Starke Spin Photonen Kopplung Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine starke Kopplung zwischen einem Elektronenspin und einem einzelnen Photon hergestellt. Normalerweise koppelt ein Elektronenspin nur sehr schwach an Photonen. Um eine starke Kopplung mit einem einzelnen Photon zu erreichen, nutzten die Forschenden daher eine spezielle Kristallstruktur in Indiumarsenid. Diese koppelt den Elektronenspin auf natürliche Weise an seinen Bewegungs- freiheitsgrad und macht ihn damit offen für die Wechselwir- kung mit einem Mikrowellenphoton. Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41467 024 45235 w 32 SNI-Jahresbericht 2024
Massenproduzierbarer Mini Quantenspeicher Forschende der Universität Basel haben ein Quantenspeicher- element hergestellt, das auf Atomen in einer winzigen Glaszelle basiert. Solche Quantenspeicher könnten in Zukunft in Mas- senproduktion auf einem Wafer hergestellt werden. Originalpublikation: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.260801 Meldung Universität Basel: https://bit.ly/4axXSIO In der nur wenige Millimeter grossen, mit Rubidiumatomen gefüllten Glaszel- le können Lichtpulse gespeichert und wieder ausgelesen werden. (Bild: Uni- versität Basel, Departement für Physik/Scixel) Mit Spannung getunte supraleitende Qubits Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neue Qubit-Platt- form entwickelt, die sich für verschiedene Anwendungen eig- nen könnte. Im Gegensatz zu herkömmlichen supraleitenden Qubits, die aus Metallen aufgebaut sind, hat das Team einen technologisch relevanten Halbleiter mit supraleitenden Ele- menten zu einem «Gatemon» Qubit vereint, das vielverspre- chende Eigenschaften zeigt. Originalpublikation: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00770 SNI Beitrag: https://bit.ly/40vUvxs Die Forschenden aus Basel haben auf einem Germanium/Silizium-Nandraht zwischen zwei Supraleitern (schwarzweisses Bild oben rechts) einen hoch- wertigen Josephson-Übergang fabriziert und so das Herzstück eines «Gate- mon» Qubits hergestellt. (Bild: H. Zheng, Departement Physik, Universität Basel) Neue Methode zur Bestimmung der Austauschenergie bei 2D Materialien Forschende der Universität Basel haben untersucht, wie die fer- romagnetischen Eigenschaften von Elektronen im zweidimen- sionalen Halbleiter Molybdändisulfid besser verstanden werden können. Sie zeigen, dass die Energie, die benötigt wird, um einen parallel ausgerichteten Elektronenspin umzudrehen, auf überraschend einfache Art gemessen werden kann. Originalpublikation: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.026501 SNI Meldung: https://bit.ly/3PRZGCM Das zweidimensionale Halbleitermaterial Molybdändisulfid wird mit Elektro- nen (rote Kugeln) gefüllt. Die Elektron-Elektron-Wechselwirkung führt dazu, dass sich die Spins aller Elektronen (rote Pfeile) in dieselbe Richtung aus- richten. Die Austauschenergie, die benötigt wird, damit ein einziger Elektro- nenspin in dem ferromagnetischen Zustand seine Richtung ändert, lässt sich über den Abstand zweier bestimmter Spektrallinien ermitteln. (Bild: N. Leis- gang/Scixel) Kontrolle von Skyrmionen möglich Mithilfe der Raster-SQUID-Mikroskopie bei sehr niedrigen Tem- peraturen haben Forschende aus dem SNI-Netzwerk die mikros- kopische Struktur der magnetischen Phasen und ihrer Über- gänge auf der Oberfläche des Isolators Cu 2 OSeO 3 dargestellt. Dabei beobachteten die Forschenden, dass unter bestimmten Bedingungen die Oberfläche von Clustern ungeordneter mag- netischer Wirbelstrukturen (Skyrmionen) bevölkert ist, wobei sich einzelne Skyrmione lokal kontrollieren liessen. Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s43246 024 00647 5 SNI Meldung: https://bit.ly/3PT5PyQ Die mikroskopische Struktur der magnetischen Phasen und Übergänge des Isolators Cu 2 OSeO 3 . (Bild: Departement Physik, Universität Basel) 33 SNIJahresbericht 2024
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Zusammenarbeit als Schlüssel für Innovation Das Nano Argovia Programm des SNI ist ein Garant für effek tiven Wissens und Technologietransfer zwischen Forschungs einrichtungen und Industrieunternehmen aus der Nordwest schweiz. Jedes Jahr unterstützt das SNI etwa zehn angewandte Forschungsprojekte, bei denen interdisziplinäre Teams an der Lösung ganz unterschiedlicher Herausforderungen arbeiten. Mehr dazu ab Seite 36 Laser spielten bereits bei einigen Nano Argovia Projekten eine Rolle. In dem Projekt NanoFemto Tweezers werden neuartige Laser in Kombination mit nanooptischen Elementen als optische Pinzetten eingesetzt. Die Forschenden wollen damit unterschied liche Zelltypen auf engstem Raum präzise anordnen und später als Testsysteme nutzen. Mehr dazu auf Seite 43 35 SNI-Jahresbericht 2024
Nano-Argovia-Programm: Produktive Zusammenarbeit mit Firmen aus der Nordwest- schweiz Seit seiner Gründung ist es dem SNI ein wichtiges Anliegen, den Wis- sens- und Technologietransfer zu fördern, um somit Fortschritt und In- novation in Unternehmen zu unterstützen. Das SNI unterstützt diesen Austausch mit seinem bereits seit Gründung existierenden Nano- Argovia-Programm. Im Rahmen dieses erfolgreichen Programms hat das SNI bisher rund 100 Projekte in Zusammenarbeit mit fast 70 Fir- men aus der Nordwestschweiz unterstützt und damit den ersten Schritt für zahlreiche nanotechnologische Anwendungen ermöglicht. Im Jahr 2024 förderte das Nano-Argovia-Programm insgesamt zehn Projekte. Fünf davon haben 2024 neu begonnen, fünf Projektteams starteten bereits 2023 ihre Untersuchungen. Bei sechs der Forschungs- projekte kamen die Firmenpartner aus dem Kanton Aargau, bei vier Projekten waren Unternehmen aus einem der beiden Basler Halbkanto- ne beteiligt. Als akademische Partner engagierten sich vor allem Mitar- beitende des Paul Scherrer Instituts und der Fachhochschule Nord- westschweiz in Muttenz und Windisch. Aber auch Forschende der Universität Basel sowie vom CSEM Allschwil brachten als Projektpart- ner ihre Expertise in die interdisziplinären Forschungsthemen ein. Nano Argovia Programm: www.nano argovia.swiss 36 SNI-Jahresbericht 2024
Bessere und sichere Lithiumbatterien Im Nano-Argovia-Projekt BatCoat haben Forschende Anfang 2024 begonnen, die nächste Generation von Lithium-Metall- Festkörperbatteriezellen ohne überschüssiges Lithium zu ent- wickeln, die eine vielversprechende Alternative zu herkömm- lichen Lithium-Ionen-Batteriezellen darstellen. Li-Metall-Fest- körperbatteriezellen besitzen eine höhere Energiedichte und sind sicherer als die heute verwendeten Lithium-Ionen-Batte- rien. Sie könnten also entscheidend zu einer effektiven, siche- ren und nachhaltigen Elektromobilität beitragen. Zurzeit gibt es jedoch noch einige technische Herausforderungen, die das interdisziplinäre Team im Nano-Argovia-Projekt BatCoat unter- sucht. Die negativ geladene Elektrode (Anode) der untersuchten Lithium-Metall-Festkörperbatteriezellen besteht aus einem drei- dimensionalem Kupfer Stromfänger, auf dem die Forschenden funktionale Schichten abscheiden. Diese tragen dazu bei, dass sich das von der Kathode emittierte Lithium reversibel und gleichmässig abscheidet. Im ersten Jahr des Projekts hat das interdisziplinäre Team erfolgreich untersucht, wie sich diese nanoskaligen Funktionsschichten auf der Anode abscheiden las- sen und welche Eigenschaften sie besitzen. Die Forschenden haben bereits erreicht, dass sich über 200 Lade- und Entladezy- klen bei einer Stromdichte von 0.5 mA/cm 2 mit einem geringen Kapazitätsverlust von 20 % realisieren lassen. Im zweiten Jahr besteht das Ziel darin, diese Leistungsfähigkeit zu verdoppeln oder zu verdreifachen, um sie für die Batterieindustrie attraktiv zu machen. Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // Hochschule für Technik und Umwelt FHNW // Oerlikon Metco AG (Woh len, AG) Projektbeschreibung: https://bit.ly/3CiMofk In einer geschützten Atmosphäre setzt der Dokto- rand Robin Wullich Prototypen der Lithium-Me- tall-Festkörperbatteriezelle ohne Materialüber- schuss zusammen, um anschliessend ihre elektrochemischen Eigenschaften zu untersuchen. «Das Projekt ermöglicht uns den Einstieg in die Wertschöp fungskette der Gen 3 und Gen 4 Lithium Metall Zelltechnolo gie mit einem starken Allein stellungsmerkmal.» Dr. Phani Kumar Yalamanchili, Oerlikon Metco AG 37 SNIJahresbericht 2024
Detektor für bessere elektronenmikroskopische Bilder Forschende im Nano-Argovia-Projekt HiZfEM haben begonnen einen neuen Hybrid-Pixeldetektor mit verbesserter Bildqualität für die Transmissions-Elektronenmikroskopie zu entwickeln. Der neue Elektronendetektor besteht wie aktuelle Modelle aus zwei separaten Schichten, in denen die Detektorschicht vom Auslesechip getrennt ist. Im allgemeinen werden hier relativ dicke Siliziumsensoren als Detektorschicht eingesetzt, um die ausgeklügelte Ausleseelektronik von den einfallenden hoch- energetischen Elektronen zu schützen. Jedoch limitieren diese dicken Siliziumsensoren die Bildgebungsqualität durch Mehr- fachstreuung im Sensor. Im Nano-Argovia-Projekt HiZfEM hat das interdisziplinäre Team nun jedoch Chrom dotiertes Galliumarsenid (GaAs) als Detektormaterial verwendet. Die Forschenden haben im ersten Projektjahr mehrere Bauteile hergestellt und mithilfe von Pho- tonen charakterisiert. Sie haben die Datenanalyse vorangetrie- ben und konnten bereits zeigen, dass sich eine deutliche Ver- besserung der Bildauflösung erzielen lässt. Erste Versuche an einem Elektronenmikroskop verliefen bereits vielversprechend. Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // Biozentrum, Universität Basel // DECTRIS AG (Baden, AG) Projektbeschreibung: https://bit.ly/4adZ6ZA «Wir sind begeistert am HiZfEM Projekt mitzuarbeiten, in dem unser hochentwickeltes GaAs Material eine entschei dende Rolle spielen wird, um die Grenzen in der Elektronen mikroskopie zu verschieben. Diese Zusammenarbeit mit ge schätzten Institutionen wie dem Paul Scherrer Institut und der Universität Basel unter streicht unser Bekenntnis wis senschaftlichen Fortschritt vor anzutreiben und stärkt unsere Position an der Spitze der Entwicklung von Hybrid Pixel detektoren.» Dr. Sonia Fernandez, DECTRIS AG Das Team im Nano-Argovia-Projekt HiZfEM hat unter anderem die notwendigen elektronischen Bauteile hergestellt, um den neuen Hybrid-Pixel- detektor in Betrieb zu nehmen. Die Forschenden erwarten durch das neue Detektormaterial (Chrom dotiertes Galliumarsenid) deutlich besser aufgelöste elektronenmikroskopische Bilder zu generieren. 38 SNIJahresbericht 2024
Mit Enzymen gegen Plastikmüll Im Nano-Argovia-Projekt NANOdePET arbeiten Forschende an einer verbesserten Abbau-Methode für Polyethylenterephthalat (PET). PET ist mit einer weltweiten Produktion von über 55 Millionen Tonnen pro Jahr einer der häufigsten Kunststoffe und daher ein Hauptbestandteil von Plastikmüll. Auch heute exis- tieren bereits Recylingmethoden für PET. Jedoch verschlechtert sich die Qualität mit jedem Recyclingdurchgang. Bei ihrem Ansatz nutzen die Forschenden im NANOdePET-Pro- jekt Enzyme (Esterhydrolasen), die PET aufspalten können. Mit nanotechnologischen Methoden immobilisieren sie diese auf einem Siliziumdioxidkern und stabilisieren sie mithilfe von sogenannten künstlichen Chaperonen. So erzielen die For- schenden eine bessere Stabilität und höhere Umsetzungsraten als dies bei gelösten Enzymen der Fall ist. In der Anwendung schützt dann noch eine anorganisch-organische Hybridhülle von kontrollierter Dicke die eingesetzten Enzyme vor äusseren Einflüssen, erlaubt aber die enzymatische Aufspaltung von PET. Im ersten Projektjahr hat das interdisziplinäre Team verschie- dene Esterhydrolasen ausgewählt und deren PET-Abbauaktivität anhand verschiedener PET-Materialien geprüft. Die Forschen- den haben die Bedingungen für einen effizienten Abbau opti- miert und werden nun die von ihnen entwickelte Methode mit aktuell angewendeten Recyclingmethoden vergleichen und die Eignung im industriellen Massstab untersuchen. Kooperation von: Hochschule für Life Sciences FHNW, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW // INOFEA AG (Muttenz, BL) Projektbeschreibung: https://bit.ly/4h8VSss «Diese vom SNI finanziell unterstützte Zusammenarbeit mit der FHNW bietet INOFEA die Möglichkeit, sein Portfolio an nanotechnologischen Enzymen zu erweitern und Umweltprobleme durch die Bereitstellung einer nachhalti gen Lösung für Kunststoff abfälle anzugehen. Wir erwar ten durch das Projekt einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen und die Marktnach frage nach umweltfreundlichen Produkten zu decken.» Dr. Rita Correro, INOFEA AG Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer PET-Folie, die von enzymbasierten Nanokatalysa- toren abgebaut wird, die an der FHNW im Rah- men des Projekts NANOdePET entwickelt wur- den. (Bild: FHNW) 1 μm 39 SNIJahresbericht 2024
Sicherer und zielgerichteter Transport von neuen Therapeutika in Krebszellen Im Rahmen des Nano-Argovia-Projekts SmartCoat entwickelten Forschende eine innovative Methode, um RNA-basierte Medi- kamente präzise und geschützt in Tumorgewebe zu transpor- tieren. Hierbei kommen neuartige Nanopartikel namens Smart- Coats™ zum Einsatz, die kurze RNA-Sequenzen (siRNA: small interfering RNA) umhüllen und direkt in Krebszellen schleusen. Die SmartCoats schützen dabei die siRNA während des Trans- ports vor enzymatischem Abbau und verhindern ungewollte Reaktionen mit Immunzellen. Im Tumorgewebe binden die SmartCoats dann an spezifische Rezeptoren an der Oberfläche von Krebszellen, womit die SmartCoat-siRNA-Komplexe in die Zellen aufgenommen werden können. Hier löst sich das Smart- Coat wieder von der siRNA, die dann sogenannte Onkogene ausschalten und so das Tumorwachstum verringern kann. Im zweiten Jahr des Projekts hat das Team mithilfe von Computer-Modellierung die SmartCoat-Nanopartikel weiter op- timiert. Ihre Struktur ist nun stabiler, ihre siRNA-Bindung stär- ker und ihre Bindung an Krebszellen besser. Nun können wei- tere Studien unter der Leitung von Palto Therapeutics AG fol- gen, um auch ihre Wirkung auf das Tumorwachstum zu opti- mieren und so eine präzise und personalisierte Therapie gegen lebensbedrohliche Krankheiten wie Krebs zu ermöglichen. Kooperation von: Hochschule für Life Sciences FHNW // Paul Scherrer Institut PSI // Palto Therapeutics AG (All schwil, BL) Projektbeschreibung: https://bit.ly/47Bx4nH «Das laufende Nano Argovia Projekt mit der FHNW und dem PSI ist ein Eckpfeiler unserer Innovation bei Palto Therapeutics.» Dr. William L. Wishart, Palto Therapeutics AG Im Nano-Argovia-Projekt SmartCoat nutzen For- schende SmartCoats™ (grün im Bild rechts), um RNA-basierte Medikamente präzise und geschützt in Krebszellen (Bild links mit blau gefärbtem Zell- kern und rotem Aktin im Zytoplasma) zu trans- portieren. In den Tumorzellen sollen die einge- schleusten RNA-Stücke sogenannte Onkogene ausschalten und damit das Tumorwachstum ver- ringern. (Bild: FHNW Muttenz) 40 SNIJahresbericht 2024
Nanostrukturierte Zahnimplantate aus Keramik Im Nano-Argovia-Projekt ZIRYT untersucht ein interdisziplinä- res Team, wie sich mit Hilfe einer nanostrukturierten Oberflä- che keramische Zahnimplantate aus Zirkonoxid herstellen las- sen, die eine ästhetische und metallfreie Alternative zu Titan- implantaten bieten. Die Forschenden haben damit begonnen durch eine gezielte Wärmebehandlung von Zirkonoxid eine nanostrukturierte Oberfläche herzustellen. Zirkonoxid bildet unter Wärmeeinwir- kung an der Oberfläche ein charakteristisches Gefüge aus, ba- sierend auf der vorliegenden kristallinen Struktur des Materials. Die Oberflächenstruktur soll dafür sorgen, dass das Implantat gut in den Knochen integriert wird. Die Forschenden haben zunächst verschiedene Protokolle zur Herstellung der Nanostrukturen entwickelt und getestet. Anhand verschiedener Analysemethoden hat das Team dann begonnen die unterschiedlichen Strukturen zu charakterisieren und alles vorbereitet, um im zweiten Jahr des Projekts die In- teraktion zwischen Implantatmaterial und verschiedenen Zell- linien zu untersuchen. Sie werden so die ideale Oberflächen- struktur ermitteln und die Herstellungsbedingungen dafür definieren. Auf diese Weise trägt das Projekt dazu bei, die Her- stellung der nächsten Generation von Zahnimplantaten aus Zirkonoxid zu erleichtern, damit möglichst viele Patient:innen davon profitieren können. Kooperation von: Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel UZB // Hochschule für Life Sciences FHNW // Institut Straumann AG (Basel) Projektbeschreibung: https://bit.ly/40cNFfV «Wir sind der Überzeugung, dass Zahnimplantate auf Zirkonoxidbasis in den nächsten Jahren einen bedeutenden Marktanteil erlangen können. Aus diesem Grund sind wir besonders an den Resultaten des ZIRYT Projekts interessiert, welches das Potenzial besitzt, sowohl die Komplexität des Herstellungsprozesses als auch die klinischen Ergebnisse unse rer Produkte zu optimieren – zum Nutzen der Patient:innen. Unsere langjährige und erfolg reiche Kooperation mit dem UZB, der Universität Basel und der FHNW bestärkt uns darin, deren exzellente Forschungsar beit weiterhin zu unterstützen.» Dr. Raphael Wagner, Institut Straumann AG Bei regelmässigen Team-Meetings tauschen sich die Forschenden vom UZB der Universität Basel, der Hochschule für Life Sciences FHNW und des Institut Straumanns aus. So stellen die beteilig- ten Forschenden eine effektive interdisziplinäre Zusammenarbeit sicher. 41 SNIJahresbericht 2024
Glatte Spiegel für Röntgenstrahlen Im Rahmen des Nano-Argovia-Projekts CAPOFOX haben For- schende neue lithografische Ansätze zur Fertigung mikroopti- scher Bauelemente aus Polymeren entwickelt. Diese Kapillar- optiken genannten Bauteile bestehen aus langgestreckten, zy- linderförmigen Spiegeln, die Licht durch Reflexion präzise auf einen Punkt bündeln. Um sowohl ultraviolette Strahlen als auch Röntgenstrahlen nutzen zu können, ist eine extrem geringe Oberflächenrauheit der Spiegel erforderlich. Das interdiszipli- näre Team kombinierte für die Arbeiten Aspekte aus den Berei- chen Werkzeugtechnik, Lasertechnologie, Design und Materi- alwissenschaft, um die Herstellung der extrem glatten Polymer- strukturen zu möglichen. Im zweiten Jahr des Projekts konnten die Forschenden die Ursachen der Rauheiten ermitteln und erste Bauelemente herstellen. Basierend auf diesen Grundlagen werden im nächsten Jahr Röntgenkapillaroptiken mit verbes- serten Oberflächen hergestellt. Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // Hochschule für Life Sciences FHNW // XRnanotech AG (Villigen, AG) Projektbeschreibung: https://bit.ly/48Dj5zg «Das CAPOFOX Projekt hat im vergangenen Jahr zu bemer kenswerten Verbesserungen bei der Verringerung der Oberflä chenrauheit geführt, die es uns ermöglichen, sehr glatte Ober flächen zu erzielen, die unsere Produktentwicklungen stark verbessern. Dieser innovative Ansatz gewährleistet nicht nur eine hohe Leistung, sondern öffnet auch die Tür zu wirkungs vollen Anwendungen in der Zu kunft. Wir freuen uns, Teil eines solchen transformativen Fort schritts zu sein.» Dr. Florian Döring, XRnanotech AG Im PICO Reinraum des Park Innovaare bearbeiten die Forschenden im Nano-Argovia-Projekt CAPO- FOX lichtempfindliche Lacke auf Wafern, um da- mit anschliessend die verbesserten Röntgenkapil- laroptiken herzustellen. Fototermin 20.1. 42 SNIJahresbericht 2024
Im Nano-Argovia-Projekt NanoFemto Tweezers haben Forschende einen neuartigen Femtosekun- den-Laser mit nanooptischen Elementen zu einer optischen Pinzette kombiniert, sodass sie damit verschiedene Zelltypen zu biologischem Gewe- ben zusammensetzen können. Body on Chip dank effizienter Femtosekundenlaser als optische Pinzetten Im Rahmen des Nano-Argovia-Projekts NanoFemto Tweezers haben Forschende optische Pinzetten entwickelt, die es ermög- lichen, unterschiedliche Zelltypen – darunter auch Nervenzel- len – auf engstem Raum präzise anzuordnen. Das interdiszipli- näre Team hat diese optischen Fallen durch die Kombination von Femtosekundenlasern und nano-optischen Elementen rea- lisiert. Am Ende des zweiten Projektjahres haben die Forschen- den dank der herausragenden Expertise des Teams und der ex- zellenten Zusammenarbeit Mikrokügelchen (micro beads) und verschiedene Zelltypen kontrolliert bewegt. Demnächst werden sie diese mit der entwickelten optischen Pinzette als 3D-Drucker zu einem komplexen Organsystem auf einer mikroskopischen Oberfläche (Body-on-Chip) zusammensetzen. Diese Technologie könnte in Zukunft beispielsweise dazu genutzt werden, um die Wirkung von Medikamenten auf mehrere Organsysteme direkt auf einem Chip zu untersuchen. Kooperation von: Hochschule für Technik und Umwelt FHNW // Hochschule für Life Sciences FHNW // TLD Photo nics AG (Wettingen, AG) Projektbeschreibung: https://bit.ly/3S2arTQ «Das Nano Argovia Projekt NanoFemto Tweezers bietet uns die Gelegenheit, einen unserer innovativen Laser für verschie dene neuartige Anwendungen zu erforschen und weiterzu entwickeln – darunter optische Pinzetten, die Multiphotonen Bildgebung und den 3D Druck von biomedizinischem Gewebe im Mikrometerbereich.» Stephan von Wolff, TLD Photonics AG 43 SNI-Jahresbericht 2024
Innovativer Stromsensor nach höchsten Qualitätsstandards Im Rahmen des Nano-Argovia-Projekts NanoHighSens haben Forschende einen neuartigen Stromsensor entwickelt, der be- stehende Technologien in Bezug auf Bandbreite und Auflösung übertrifft und neue Massstäbe für Stromqualitätsmessgeräte ersetzt. Die Grundlage des Sensors bildet eine Anordnung aus sieben kleinen Magnetometern, die den Stromleiter umgeben. Jeder dieser Magnetometer basiert auf 100 magnetischen Tunnelkon- takten, die auf einer Fläche von lediglich 100 μm x 100 μm platziert sind. Die verbesserte Auflösung und das optimierte Signal-Rausch-Verhältnis wird durch die Mittelung von 100 Ma- gnetfeldmessungen pro Sensor erreicht. Im zweiten Jahr des Projekts hat das interdisziplinäre Team aufgrund der erarbeiteten Kenntnisse aus dem ersten Projekt- jahr einen verbesserten Prototypen des Sensors hergestellt und diesen charakterisiert. Zudem hat der Industriepartner Camille Bauer Metrawatt das Gerät in seinen Testbereich integriert und geprüft. Kooperation von: Hochschule für Life Sciences FHNW // Hochschule für Technik und Umwelt FHNW // Camille Bau er Metrawatt AG (Wohlen, AG) Projektbeschreibung: https://bit.ly/3S2nDIq «Die Ergebnisse des Projekts NanoHighSens liefern die fundamentale Grundlage für eine neue, innovative Generation von elektrischer Starkstromsensorik.» Max Ulrich Camille Bauer Metrawatt AG Das Team im Nano-Argovia-Projekt NanoHigh- Sens hat im letzten Jahr einen verbesserten Pro- totypen eines neuartigen Stromsensors herge- stellt. (Bild: J. Pascal und H. Nicolas, FHNW) 44 SNIJahresbericht 2024
Die Forschenden im Nano-Argovia-Projekt QSBI arbeiten an der Entwicklung eines Quantensen- sors basierend auf Stickstoff-Vakanzzentren in Diamanten. Als Teil des Projekts haben sie einen optischen Laseraufbau zusammengestellt, um die Auswirkungen der Nanomusterung der Dia- mantoberfläche zu bewerten. (Bild: PSI) Quantensensor für die Hirndiagnostik Im Nano-Argovia-Projekt QSBI hat ein interdisziplinäres Team untersucht, wie Quantensensoren auf Basis von Diamanten mit Stickstoff-Vakanzzentren (NV) die Hirnaktivität präzise analy- sieren können. Ziel des Projekts war es, die bestehende Magnet- Enzephalografie zu verbessern und die vom Gehirn erzeugten schwachen magnetischen Felder über die Stickstoff-Vakanzzen- tren zu erfassen. Zudem haben die Forschenden einen Algorith- mus entwickelt, mithilfe dessen sich aus den Messdaten eine dreidimensionale Karte der Hirnaktivität erstellen lässt. Zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses haben die Forschenden die Diamantoberfläche mit photonischen Kristal- len im Nanometermassstab strukturiert und die Herstellung optimiert. Sie haben zudem Algorithmen für maschinelles Ler- nen verbessert und getestet. Dies erleichtert die Verarbeitung der Daten, sodass eine hochgenaue und robuste Rekonstruktion der 3D-Gehirnaktivität möglich wird. Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // CSEM SA All schwil // Qnami AG (Muttenz, BL) Projektbeschreibung: https://bit.ly/3uARGzh «Das QSBI Projekt war sehr erfolgreich. Es hat Qnami ermöglicht, kritische Einblicke in verschiedene Aspekte der Sensorlösung zu erhalten, die wir entwickeln. Dank des Nano Argovia Programms konnten wir von der fachlichen Arbeit eines multidisziplinären Kon sortiums profitieren und sowohl auf der Geräte als auch auf der Softwareseite Fort schritte erzielen.» Dr. Mathieu Munsch, Qnami AG 45 SNI-Jahresbericht 2024
Elektronenbeugung für die Proteinstrukturbiologie Das Nano-Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals nutzt die Elekt- ronenbeugung, um die Rolle der Wasserstoffatome bei der Pro- teinfunktion und den Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Liganden zu entschlüsseln. Diese experimentelle Spitzen- forschung zielt darauf ab, Licht in die Struktur von Proteinen auf atomarer Ebene zu bringen, den Weg für ein tieferes Ver- ständnis wesentlicher biologischer Prozesse zu ebnen und In- novationen in der Arzneimittelentwicklung voranzutreiben. Mit Hilfe von Hochenergie-Elektronen erzeugt das Team de- taillierte Beugungsmuster, welche die genaue Anordnung von Atomen aus Tausenden von in einem Nanokristall angeordneten Proteinmolekülen aufzeigen. Dieser innovative Ansatz wird die Entschlüsselung von Molekülstrukturen mit beispielloser Präzi- sion ermöglichen – insbesondere die Position von Wasserstoffa- tomen. Um die Methode zu validieren und zu verfeinern, müssen die Forschenden zunächst eine Reihe gut charakterisierter Mo- dellproteine unterschiedlicher Grösse und Funktion untersu- chen. Einen ersten Meilenstein erreichten sie durch Elektronen- beugungsbilder mit einer Auflösung von 1,2 Å. Das Team mit Expert:innen aus Physik und Biologie wird nun schrittweise die Einstellungen des Elektronenmikroskops sowie die Proben ver- bessern und eine Pipeline aufbauen, um schliesslich pharma- zeutisch wichtige Membranproteine zu analysieren – ein ehr- geiziger Schritt zum Verständnis dieser wichtigen Biomoleküle. Die Lokalisierung der Position von Wasserstoffatomen in Mem- branproteinen liegt derzeit jenseits der Möglichkeiten anderer experimenteller Techniken wie der Röntgenkristallanalyse. «Die Elektronenbeugung hat das Potenzial, eine wichtige ergänzende Technologie für Nanokristalle zu sein, die zu sätzliche strukturelle Details wie die Position der Wasser stoffatome liefert. Diese Infor mation ist entscheidend für die Entwicklung besserer Medika mente, die Membranproteine als Ziel haben.» Dr. Robert Cheng, leadXpro AG Im Nano-Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals pro- duzieren die Forschenden zunächst Nanokristalle. Diese werden dann genutzt, um ein detailliertes Beugungsmuster zu erstellen, das die genaue Anordnung der Atome in dem Proteinmolekül aufzeigt. 46 SNIJahresbericht 2024
«ELDICO war das erste Unter nehmen, das Systeme für die Elektronenbeugungskristallo graphie auf den Markt gebracht hat. In diesem Projekt werden wir nun gemeinsam mit unse ren Partnern die Technologie weiter vorantreiben.» Dr. Gunther Steinfeld, ELDICO Scientific AG Mithilfe der Elektronenbeugung lässt sich die Struktur von Nanokristallen aufklären. Im Nano- Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals wollen die Forschenden zudem die Position von Wasserstoff- molekülen in Membranproteinen analysieren. Künftig sollen weitere Membranproteine untersucht werden, um den Einsatz der Elektronenbeugungstechnik zu erweitern und die Probenvorbereitung zu vereinfachen. Indem das Kon- sortium seine Ergebnisse in unterrepräsentierte Strukturdaten- banken einbringt, füllt es nicht nur wichtige wissenschaftliche Wissenslücken, sondern treibt auch die Entdeckung neuer the- rapeutischer Wirkstoffe voran. Mit ihren Ergebnissen tragen die Forschenden auch dazu bei, die Wirkmechanismen poten- zieller pharmazeutischer Wirkstoffe aufzudecken. Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // Biozentrum, Universität Basel // leadXpro AG (Villigen, AG) // ELDICO Scientific AG (Allschwil, BL) Projektbeschreibung: https://bit.ly/3WlKotw 47 SNIJahresbericht 2024
Service, Forschung und Lehre Die Mitarbeitenden des Nano Technology Centers bieten einen exzellenten Service im Bereich des Nano imaging und der Nanofabrikation. Daneben sind sie an Forschungsprojekten beteiligt und bilden junge Nachwuchswissenschaftler:innen aus. Dieses Bild von der Oberfläche des Federkohls entstand im Rahmen eines Blockkurses für Studierende der Nanowissenschaften. Natalie Walser hat es für den Nano Image Award Wettbewerb 2024 eingereicht. 48 SNI-Jahresbericht 2024
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Das SNI wird sich in der Zukunft auf die Bereiche Nanoimaging und Nanofabrikation fokussieren. Eine zentrale Komponente dieser Ausrich- tung spielt dabei das 2022 gegründete Nano Technology Center, zu dem das Nano Imaging Lab (NI Lab) und das Nano Fabrication Lab (NF Lab) gehören. Diese beiden Gruppen stehen sowohl Partnern aus dem Netzwerk wie auch externen Kund:innen für Dienstleistungen und For- schungspartnerschaften zur Verfügung. Um den Anforderungen der Kund:innen gerecht zu werden, konkur- renzfähig und auf dem neusten Stand der Technik zu bleiben, erweitern und erneuern die Teams kontinuierlich ihre Infrastruktur. Beide Gruppen engagieren sich zudem in der Lehre und bei Outreach-Aktivitäten und tragen damit wesentlich dazu bei, einem breiten Publikum einen Ein- blick in die Mikro- und Nanowelt zu gewähren. Im Jahr 2024 hat das sechs Mitarbeitende zählende Nano Imaging Lab unter Leitung des Nanowissenschaftlers Dr. Marcus Wyss 180 Aufträge von 130 verschiedenen Kund:innen bearbeitet. Von den oft mehrere Tage und Wochen andauernden Projekten stammten 86 % aus dem SNI-Netzwerk oder von externen Forschungseinrichtungen. Nationale und internationale Industrieunternehmen haben 14% der Projekte in Auftrag gegeben. Dreiundsiebzig verschiedene Nutzer:innen haben 2024 die Labore und Reinräume des Nano Fabrication Labs genutzt. Das vierköpfige Team unter Leitung des Physikers Dr. Gerard Gadea hat dafür gesorgt, dass Forschende von insgesamt zehn Forschungsgruppen der Universität Basel sowie von zwei Firmen ihre ganz unterschiedlichen Arbeiten im Nano Fabrication Lab verrichten konnten. Das Team hat das Jahr zudem genutzt, die beiden neuen Mitarbeitenden einzuarbeiten, organisatori- sche Abläufe zu optimieren und die Kommunikation mit Nutzer:innen zu verbessern. Nano Technology Center: https://nanoscience.unibas.ch/de/services/ Nano Technology Center: Partner für Forschung und Lehre 50 SNI-Jahresbericht 2024
Nano Imaging Lab Ein geschätzter Forschungspartner Das Nano Imaging Lab (NI Lab) hat im Jahr 2024 zahlreiche For- schungsgruppen mit der Abbildung, Untersuchung und Modifi- kation nanoskalierter Strukturen unterstützt. Das Team lieferte wertvolle Beiträge zur Beantwortung verschiedener Fragestel- lungen, die sowohl für Firmen relevant waren wie auch zu eini- gen interessanten Publikationen geführt haben. Insgesamt ver- stärkte sich 2024 der erwünschte Trend, dass sich das Nano Ima- ging Lab mehr und mehr von einer reinen Dienstleistungseinheit zu einem wertvollen Forschungspartner entwickelt – was auch die gestiegene Zahl der wissenschaftlichen Veröffentlichungen mit Beteiligung von NI Lab-Mitarbeitenden belegt. So konnten das NI Lab in einer Zusammenarbeit mit dem Technologietransferzentrum ANAXAM seine Expertise bei mate- rialwissenschaftlichen Untersuchungen von Keramikbeschich- tungen für medizinische Geräte einsetzen. Es handelte sich dabei um eine neue Keramikbeschichtung aus den drei Komponenten Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ), Titandioxid (TiO 2 ) und Zirkoniumdioxid (ZrO 2 ). Die Beschichtung wurde mit einer speziellen Technik, dem atmosphärischen Plasmaspritzen, auf eine Titanlegierung aufgebracht. Für die Gulhfi AG (Wohlen, AG), einem internatio- Alexander Vogel vom NI Lab nimmt die ersten Messungen mit dem neuen Rasterelektronen- mikroskop vor. 51 SNIJahresbericht 2024
Das Team des NI Labs hat die neue Beschichtung (links: Aufsicht) mithilfe eines Ionenstrahls in La- mellen geschnitten und diese mithilfe eines Trans- missions-Elektronenmikroskops untersucht (rechts: Schnitt durch die Beschichtung). Mithilfe der Energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX) konnten die Forschenden dann die unterschiedli- chen Komponenten identifizieren. (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) nalen Hersteller für Oberflächentechnik, war es nun wichtig zu klären, wie robust diese neuen Beschichtungen auch unter Be- lastung sind. Die materialwissenschaftlichen Untersuchungen des NI Labs führten zur Identifikation der Kristallstruktur der zwei wichtigs- ten Phasen (alpha-Al 2 O 3 und m-ZrO 2 ). Weitere Untersuchungen an der Hochschule für Life Sciences FHNW durch Professor Dr. Michael de Wild zeigten dann, dass die 400 Mikrometer dicke Beschichtung sehr widerstandsfähig ist und auch bei Tests mit Kratzbelastung intakt bleibt. Dies macht sie besonders interes- sant für Anwendungen, die mit einer hohen Abnutzung verbun- den sind – wie dies bei medizinischen Geräten der Fall ist. In einer Zusammenarbeit mit Professor Dr. Martin Kuentz von der Hochschule für Life Sciences FHNW leistete das Nano Imaging Lab einen Beitrag zur Arzneimittelentwicklung. Es ging in dem Projekt um pharmazeutische Formulierungen, die im amorphen (glasartigen) Zustand schwer stabil zu halten sind. Das Ziel war, eine rechnerische Strategie zu designen, um passende Zusatzstoffe für die Stabilisierung auszuwählen, bevor das Medi- kament tatsächlich entwickelt wird. Bei der experimentellen Analyse der Vorhersagen testeten die Forschenden zwei Wirkstoffe, die zusammen mit einem Po- lymer und zwei Zusatzstoffen (dl-Äpfelsäure und l-Weinsäure) mittels der sogenannten Heissschmelzextrusion in eine längliche Form gepresst und anschliessend gelagert wurden. Das Team des NI Labs untersuchte mithilfe von Laser- und Rasterkraftmikros- kopen die Oberflächen der verschiedenen Produkte und ermög- lichte damit eine fundierte Bewertung der besten Wirkstoff-Po- lymer-Mischungen in Bezug auf die Stabilität und Haltbarkeit. Seit Jahren engagiert sich das NI Lab bereits bei trinationalen Projekten rund um nachhaltigen Weinbau. Im Rahmen des 2023 gestarteten Projekts «WiVitis» untersuchten die Basler Forschen- den im Jahr 2024 die Oberflächenbeschaffenheit und die Struktur der aufliegenden Wachse von Beeren bestimmter pilzwider- standsfähiger Rebsorten. Diese Analysen sollen zur Entwicklung von Konzepten beitragen, die Weinbaubetriebe dabei unterstüt- zen, den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen. 52 SNI-Jahresbericht 2024
Um den Service und die eigene Forschung des NI Labs ständig zu verbessern sowie die Infrastruktur der Nachfrage anzupassen, ist die kontinuierliche Erneuerung und Ergänzung der eingesetz- ten Geräte erforderlich. Im Jahr 2024 hat das NI Lab-Team ein neues Rasterelektronenmikroskop (Zeiss FIB-SEM Crossbeam 540) installiert und in Betrieb genommen. Das Mikroskop ist mit ei- nem fokussierten Ionenstrahl (FIB) ausgestattet. Es gewährleistet die Darstellung von Mikro- und Nanostrukturen in hoher Auflö- sung und ermöglicht eine präzise Materialbearbeitung wie die Erstellung von präzisen Schnitten, die beispielweise zur Herstel- lung ultradünner Proben für die Transmissions-Elektronenmik- roskopie erforderlich sind. Mit dem neuen Gerät ist das NI Lab- Team in der Lage Anforderungen aus verschiedenen Disziplinen wie Life Sciences, Quantum-, Material- oder Umweltwissenschaf- ten zu erfüllen. Das NI Lab Team untersuchte anhand von Rasterkraftmikroskopie (links) und 3D-Laser- Scanning Mikroskopie (rechts) die Oberfläche der verschiedenen Zusammensetzungen von festen Arzneimittelformulierungen und un- terstützte damit die Bewertung der besten Wirkstoff-Polymer-Mischungen in Bezug auf die Stabilität und Haltbarkeit. (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) «Die Elektronenmikroskopiemöglichkeiten am SNI bieten einen wichtigen und ergänzenden Beitrag zur Materialanalytik von ANAXAM.» Dr. Christian Grünzweig, Technologietransferzentrum ANAXAM «Viele neue Arzneistoffkandidaten lassen sich nur mit besonderen Formulierungstechniken zu einer fertigen Arzneiform entwickeln. Bei der angewand ten Forschung solcher Darreichungsformen hat uns das Nano Imaging Lab immer wieder mit verschie denen Analysen geholfen, Formulierungen besser zu verstehen und praktische Stabilitätsprobleme recht zeitig erkennen zu können.» Prof. Dr. Martin Kuentz, Hochschule für Life Sciences FHNW 53 SNI-Jahresbericht 2024
Nano Fabrication Lab Ansprechpartner für die Herstellung winziger Strukturen Im Nano Fabrication Lab (NF Lab) arbeiteten im Jahr 2024 mehr als 70 Forschende der Universität Basel sowie der beiden Firmen Nanosurf und Qnami. Die Forschenden nutzen die Geräte des NF Labs zum grossen Teil selbständig. Jedoch sind sie bei den intensiven Schulungs-, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten dieser stark genutzten und für ihre Forschungsprojekte wichti- gen Anlagen auf die Expert:innen des NF Lab-Teams angewiesen. Für die vierköpfige NF Lab-Gruppe war das Jahr 2024 geprägt durch die Einarbeitung der beiden neuen Teilzeitkräfte und die Verbesserung der organisatorischen Strukturen. So wurden in- nerhalb des Teams Zuständigkeiten für den vielfältigen Gerä- tepark neu verteilt, so dass Aufgaben wie Wartung, Reparaturen und Einarbeitung neuer Nutzer:innen nun auf die vier Mitar- beitenden verteilt sind. Darüber hinaus hat das Team ein neues Abrechnungssystem eingeführt, mit dem die anfallenden Kos- ten in Abhängigkeit von der Gerätenutzung gerechter abgerech- net werden können – auf der Basis von Kosten pro Stunde oder Kosten pro Vorgang. Im Jahr 2024 konnte das Team auch ver- besserte Richtlinien für Sauberkeit und Sicherheit im Reinraum umsetzen und damit die Partikelkonzentration und das Unfall- risiko verringern. Auch verschiedene Aspekte der Kommunikation hat das Team 2024 verbessert. So trifft sich der Leiter des Nano Fabrication «Das NF Lab und andere Partner unterstützen uns dabei, die bestmöglichen Nanoporenchips für unsere hochempfindlichen Experi mente mit Einzelmole külauflösung zu erhalten.» Prof. Dr. Sonja Schmid, Departement Chemie, Universität Basel Die Mitarbeitenden des Nano Fabrication Labs verrichten ihre Arbeit zu einem grossen Teil in den Reinräumen, die zum NF Lab ge- hören. Hier herrschen kontrollierte Bedingun- gen mit minimierten Partikelkonzentrationen, die für die Herstellung und Bearbeitung von mikro- und nanostrukturierten Materialien essentiell sind. 54 SNIJahresbericht 2024
Labs, Dr. Gerard Gadea, regelmässig mit den Reinraumverant- wortlichen des Departements Biosysteme der ETH Zürich in Ba- sel (D-BSSE), da sich der 2023 in Betrieb genommene Teil der Reinraumfläche des NF Labs im D-BSSE Gebäude befindet. Zudem gibt es einen regelmässigen Austausch innerhalb des Teams, mit allen Nutzer:innen sowie mit den Professor:innen des Departe- ments Physik. So stellt das NF Lab-Team sicher, dass sie schnell auf offene Fragen, Probleme und Anforderungen reagieren kön- nen. Die Veröffentlichung einer Preisliste mit Kosten für die Nut- zung der Geräte des NF Labs durch externe Nutzer:innen, die neu eingeführte Team-E-Mail-Adresse (sni-nflab@unibas.ch) und die verkürzte Webseiten-Adresse (nanofabrication.unibas.ch) ha- ben dem NF Lab zudem geholfen, seine Sichtbarkeit zu verbes- sern und sich als offene Plattform für die Zusammenarbeit zu präsentieren. Die Projekte, die Forschende im Nano Fabrication Lab bear- beiten, sind vielfältig. Sie verwenden verschiedene Geräte und benötigen unterschiedliche Unterstützung. Für alle steht das Team des NF Labs aber bereit, um die bestmöglichen Arbeitsbe- dingungen zu schaffen. Die Gruppe von Prof. Dr. Sonja Schmid (Departement Chemie) stellt im NF Lab Chips mit Nanoporen aus Glas her, um damit Untersuchungen an der Dynamik einzelner Moleküle durchzu- führen. Übliche Nanofabrikationsverfahren sind für Silizium- Chips etabliert – diese bieten jedoch einige Nachteile für die gewünschten Anwendungen. Die Herstellung der Nanoporen- Chips aus Glas bedarf einiger Anpassung, bei denen das NF Lab die Forschenden unterstützt. «Wir sind einer der Haupt nutzer des NF Labs und mit unserer Forschung auf das Labor angewiesen. Wir profi tieren vor allem auch von den Möglichkeiten, die uns die neuen Geräte für Elektro nenlithographie und Metall aufdampfung bieten.» Prof. Dr. Andrea Hofmann, Departement Physik, Universität Basel Der 2023 installierte Metall-Evaporator ist in- zwischen ein viel genutztes Gerät im Nano Fabrication Lab. Immer wieder müssen die Mitarbeitenden des NF Labs das Gerät reini- gen und warten, sodass Nutzer.innen jeder- zeit Zugriff darauf haben. 55 SNI-Jahresbericht 2024
Das Team von Prof. Dr. Andrea Hofmann (Departement Physik) produziert im NF Lab verschiedene Proben im Nanometerbe- reich, die sie dann für ihre Quantenforschung verwenden. Dazu gehören Halbleiter-Quantenpunkte, Josephson junctions und eindimensionale Kanäle in zweilagigem Graphen. Für die Her- stellung dieser Proben sind die Forschenden dabei auf eine sau- bere Umgebung angewiesen, die sie im NF Lab vorfinden. Die Quantensensorik-Gruppe von Prof. Dr. Patrick Maletinsky (Departement Physik) hat das NF Lab im letzten Jahr intensiv genutzt, um nanoskalierte Quantensensoren herzustellen und weiter zu optimieren. Diese Sensoren werden primär für die qua- litative magnetische Bildgebung auf der Nanoskala eingesetzt. Sie finden beispielsweise Anwendung bei der Entwicklung und Verbesserung neuartiger magnetischer Speichermedien für Com- puteranwendungen sowie bei der Untersuchung interessanter, neuartiger magnetischer Materialien. Der Schwerpunkt der Ar- beit im NF Lab lag auf der weiteren Verbesserung der Leistung, Funktionalität und Robustheit der Sensoren. Auch die beiden Firmen Nanosurf und Qnami waren 2024 im NF Lab aktiv. Nanosurf arbeitete dabei unter anderem an der Vorbereitung von Halbleiterchips, die dann mit hochmodernen industriellen Rasterkraftmikroskopen für die Wafer-Metrologie charakterisiert werden. Insgesamt wird von den Nutzer:innen die 2022 erfolgte Ein- richtung des Nano Fabrication Labs sehr geschätzt, da das Team den Forschenden die Möglichkeit bietet, sich ganz auf ihre For- schung zu konzentrieren. «Für unsere Forschung an der Schnitt stelle zwischen Quanten und Nano technologie, ist das Team des Nano Fabrication Labs von unschätzbarem Wert. Es sorgt nicht nur dafür, dass die Geräte stets verlässlich funktions bereit sind, sondern unterstützt uns auch aktiv bei der Weiterentwicklung und Optimierung unserer Nanofabri kationsprozesse. Das Team des NF Labs hat somit wesentlich dazu beige tragen, unsere Forschungsprojekte vo ranzutreiben. Gleichzeitig ermöglicht es meinen Gruppenmitgliedern, sich voll auf ihre wissenschaftliche Arbeit zu konzentrieren, anstatt Zeit für War tungsaufgaben von Geräten im NF Lab aufzuwenden.» Prof. Dr. Patrick Maletinsky, Departement Physik, Universität Basel Mithilfe des Glühofens können Forschende die Eigenschaf- ten von Bauteilen aus den Quantenwissenschaften verbes- sern, beispielsweise bei Quantensensoren, die auf Stick- stoff-Vakanzzentren in Diamanten basieren oder bei Silizium-Germanium Qubits. 56 SNI-Jahresbericht 2024
Nano Technology Center Aktiv in Lehre und Outreach Die beiden Teams des NI Labs und des NF Labs engagieren sich auch in der Lehre und bei SNI-Outreach-Programmen. Im Jahr 2024 bot die Volkshochschule beider Basel (VHSBB) in Zusam- menarbeit mit dem SNI zum ersten Mal eine Vortragsreihe sowie eine Exkursion ins NI Lab an. Die Veranstaltung kam bei allen Teilnehmer:innen sehr gut an und soll im Herbstsemester 2025 wiederholt werden. Die Naturforschende Gesellschaft Baselland bekam 2024 eine Führung von beiden Gruppen des Nano Tech- nology Centers. Auch andere Besuchergruppen waren 2024 herz- lich willkommen und erhielten dank des Engagements der Teams spannende Einblicke in die faszinierende Welt der Abbildung und Fabrikation von Mikro- und Nanostrukturen. Seit 2024 bieten die beiden Teamleiter Gerard Gadea und Marcus Wyss eine Vorlesung über Nanoimaging und Nanofabri- kation für Bachelor- und Masterstudierende an. Studierende der Biologie und Nanowissenschaften haben zudem die Möglichkeit im Rahmen eines Blockkurses tiefer in die Materie des Nano- imaging einzutauchen. Im Jahr 2024 hat das NI Lab-Team diese Kurse neu strukturiert und ein umfangreiches Handbuch erstellt. Ein grosser Erfolg mit mehr als 40 Teilnehmenden war 2024 auch der User Event, den das NI Lab einmal jährlich veranstaltet und damit aktuellen und potenziellen Nutzer:innen einen Einblick in die Vielfalt der analytischen Möglichkeiten bietet. Auch bei der Veranstaltung « TecDay meets Swiss Nano- Convention» im Juni 2024 waren Besuchergruppen mit Schüler:innen willkommen im Nano Technology Center des SNI. Hier erklären Marcus Wyss und Monica Schönen- berger verschiedene Methoden, die das Nano Imaging Lab anwendet, um die Mikro- und Nanowelt abzubilden und zu untersuchen. (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Uni- versität Basel) 57 SNIJahresbericht 2024
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Faszination für die Welt der winzigen Strukturen Bilder sagen mehr als tausend Worte. In den Nanowissenschaften braucht es allerdings oft einige Worte, um zu beschreiben, was wir auf den Bildern sehen, die Strukturen oder Objekte aus der Mi kro und Nanowelt darstellen. Aber ohne Zweifel faszi niert die Schönheit der mikroskopischen Aufnahmen immer wieder. Durch den vom SNI ausgeschriebenen Nano Image Award bekommen wir jedes Jahr wunder schöne Abbildungen von Forschenden aus unserem Netzwerk, mit denen wir bei einem breiten Publikum die Neugierde für die Nanowelt wecken können. Eines der Gewinnerbilder 2024 war dieses «Auge». Es zeigt einen unerwarteten kreisförmigen Defekt auf einem Siliziumdioxid Chip, der dem SNI Doktoran den Jibin N. Sunil bei der Untersuchung von zweidimensionalen Monolayern in einem Dunkelfeld mikroskop aufgefallen war. (Bild: Jibin N. Sunil, Departement für Physik, Universität Basel) 59 SNI-Jahresbericht 2024
Netzwerk: Mit interdisziplinärer Zusammenarbeit gemeinsame Ziele erreichen Das SNI ist ein interdisziplinäres Netzwerk, in dem Forschende ver- schiedener Forschungsorganisationen aus der Nordwestschweiz For- schung in den Nanowissenschaften und der Nanotechnologie betrei- ben, um positive Impulse für die Allgemeinheit zu setzen. Als Partnerinstitutionen gehören zum Netzwerk die Universität Basel mit den Departementen Biomedizin, Chemie, Physik, Pharmazeuti- sche Wissenschaften, Umweltwissenschaften sowie Biozentrum, die Hochschule für Life Sciences FHNW in Muttenz und die Hochschule für Technik und Umwelt FHNW in Windisch, das Paul Scherrer Insti- tut, das Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel, das Cen- tre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) in Allschwil sowie die Technologietransferzentren ANAXAM und Swiss PIC. Zum erweiterten Netzwerk zählen ausserdem das Hightech Zentrum Aar- gau in Brugg sowie Basel Area Business & Innovation, über die wir gemeinsam Wissens- und Technologietransfer fördern. Im Jahr 2024 hat das Managementteam in Zusammenarbeit mit in- ternen und externen Expert:innen eine Strategie für das SNI-Netz- werk für die nächsten zehn Jahre ausgearbeitet. Ein wichtiger Pfeiler in dieser Strategie ist die Stärkung der Zusammenarbeit von SNI-Mit- gliedern über die Grenzen von Disziplinen und Institutionen hinweg. Dazu tragen vom SNI-Management organisierte Veranstaltungen so- wie die möglichst gute Vernetzung und ein regelmässiger Informati- onsaustausch unter Mitgliedern bei. 60 SNI-Jahresbericht 2024
Strategie 2024–2034 Ausrichtung auf eine gemeinsame erfolgreiche Zukunft Ende Mai 2024 hat der Argovia-Ausschuss das vom SNI entwickelte Strategiepapier 2024–2034 geneh- migt, an dessen Entwicklung das SNI-Management, externe und interne Expert:innen sowie Mitglieder des SNI-Exekutivkomitees beteiligt waren. Anhand dieses Leitfadens wird sich das SNI in den nächsten Jahren so positionieren und aufstellen, dass wir un- sere ausserordentliche Expertise in den Nanowis- senschaften und der Nanotechnologie für die Bewäl- tigung gesellschaftlicher Herausforderungen einset- zen und das SNI zu einem Leuchtturm für Forschung, Lehre und Innovation in den Nanowissenschaften machen können. Wesentliche Leitlinien zur Errei- chung unserer Ziele sind Fokussierung, Zusammen- arbeit, Anpassung und Wirkung. Im nächsten Jahrzehnt wird sich das SNI auf die Kernbereiche Nanoimaging und Nanofabrikation fo- kussieren. Wir tun dies basierend auf unseren Wur- zeln und unserer Erfahrung – wobei wir unsere Infra- struktur und unser Wissen in diesen Bereichen immer weiter festigen und ausbauen werden. A lle Bereiche des SNI – einschliesslich der Grundlagen- forschung, der angewandten Forschung, der Ser- viceeinheiten (Nano Technnology Center) und des Ausbildungsprogramms – werden wir in diese Fo- kussierung einbeziehen, sodass wir zur Lösung von Herausforderungen in den Bereichen Materialwis- senschaf ten, Quantenwissenschaften, Life Sciences, Medizin und Umwelt beitragen können. Eine enge Zusammenarbeit aller Partner ist für den Erfolg des interdisziplinären Netzwerks ent- scheidend. Für die Zukunft gilt es dabei, die Identi- fikation der Mitglieder mit dem SNI zu stärken, ein «Wir-Gefühl» zu generieren und gemeinsam die Leis- tungen des SNI zu kommunizieren. Um mit den besten nanowissenschaftlichen Zen- tren der Welt konkurrieren zu können, müssen wir unsere Infrastruktur an die stetig wachsenden tech- nologischen Anforderungen der kommenden Jahre anpassen. Zudem werden wir die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses weiter modernisie- ren und die Art und Weise, wie wir Informationen über unsere Aktivitäten präsentieren, immer attrak- tiver gestalten. Die Arbeit des SNI wird eine Wirkung auf die Gesellschaft haben – zum einen durch die Erfolge der Forschung zu Fragestellungen, bei denen Nano- technologie Lösungsansätze bietet; zum anderen durch die Bereitstellung spezialisierter Dienstleis- tungen über das Netzwerk hinaus und schliesslich durch die Ausbildung exzellenter Nachwuchswissen- schaftler:innen und durch aktive Öffentlichkeitsar- beit. Strategiepapier 2024–2034: https://bit.ly/3ChVvwQ Video über die Strategie mit Mitgliedern des Exekutivkomi tees: https://youtu.be/ooINp3M1ngU Mit einem Workshop, zu dem interne und externe Expert:innen von verschiedenen Nanozentren eingela- den waren, begann die Entwicklung der Strategie 2024–2034 für das SNI. 61 SNIJahresbericht 2024
Aktives Netzwerken Forschende zusammenbringen und informieren Der interdisziplinäre Austausch innerhalb des SNI- Netzwerks findet auf verschiedenen Ebenen statt. Projektteams kommen in regelmässigen Abständen zusammen und besprechen die jeweiligen For- schungsansätze. Aber auch auf übergeordneter Ebene sind Treffen elementar, damit SNI-Mitglieder die Möglichkeit haben, sich auszutauschen und neue Ideen für gemeinsame Projekte zu generieren. Ein- mal im Jahr treffen sich daher alle Mitglieder zum Annual Event, der seit 2023 am Hallwiler See im Kan- ton Aargau stattfindet. Im Rahmen der von Mittwoch bis Freitag andauernden Veranstaltung, halten Dok- torierende und Projektleitende wissenschaftliche Vorträge, tauschen sich über ihre Forschung im Rah- men einer Postersession aus und finden genug Gele- genheiten, um neue Kontakte zu knüpfen und alte aufzufrischen. Ganz spezifisch um die angewandten Nano- Argovia-Projekte in Zusammenarbeit mit der Indus- trie geht es beim ebenfalls jährlich stattfindenden NanoTec Apéro. Im Jahr 2024 war der Park Innovaare Gastgeber dieser immer wieder inspirierenden Ver- anstaltung. Neben den Vorträgen und Postern über aktuelle Projekte, die beispielhaft die exzellente Zu- sammenarbeit zwischen Industrie und Forschungs- institutionen zeigten, schätzten die rund 70 Teil- nehmer:innen in diesem Jahr ganz besonders die am Paul Scherrer Institut organisierten Führungen. Eine Chance zum Netzwerken über die Grenzen des SNI-Netzwerks hinaus bietet die jährlich stattfin- dende Swiss NanoConvention (SNC) – vor allem, wenn das SNI diese in Basel organisiert und über Einladun- gen Kontakte mit internationalen Forschenden auf- bauen kann. So gelang es dem SNI-Team im Jahr 2024 wieder einmal führende Wissenschaftler:innen aus dem In- und Ausland als Vortragende für die SNC zu gewinnen und eine inspirierende Veranstaltung mit etwa 300 Teilnehmer:innen zu organisieren. Um Information innerhalb des Netzwerks zu ver- breiten, nutzt das SNI-Team unterschiedliche Plattfor- men. Zum einen ist das SNI auf verschiedenen Social Media-Kanälen aktiv, zum anderen findet eine regel- mässige Berichterstattung über Projekte und Aktivi- täten über das elektronische Magazin «SNI INSight» statt. Dort hat das SNI im Jahr 2024 eine neue Rubrik über Zusprachen von Fördermitteln aufgenommen. Auf diese Weise wird das Netzwerk über die diversen Forschungsvorhaben der SNI-Mitglieder informiert und vielleicht auch animiert, Kontakt aufzunehmen und neue Kooperationen zu initiieren . NanoTec Apéro Eindrücke: https://youtube.com/shorts/ tDm5riP0UFo Bericht Swiss NanoConvention: https://bit.ly/3DXhXfg (Seite 25) Video Swiss NanoConvention: https://youtu.be/d2SxVeCabT0 Sowohl beim NanoTec Apéro (links oben) wie auch bei der Swiss NanoConvention und dem Annual Event des SNI (rechts unten) steht der Austausch über aktuelle Forschungsprojekte und das Knüpfen und Vertiefen von Kontak- ten im Vordergrund. 62 SNIJahresbericht 2024
Clarivate Citation Laureate für Christoph Gerber Unser Ehrenmitglied Prof. Dr. Christoph Gerber (Departement Physik, Universität Basel) wurde für die Erfindung des Rasterkraftmikroskops dieses Jahr als Clarivate Citation Laureate ausgezeichnet. Jedes Jahr im September veröffentlicht der Medienkonzern Cla- rivate (UK) eine Liste von Wissenschaftler:innen, denen aufgrund häufiger Zitierungen in hochrangigen Wissenschaftsjournalen Chancen auf den Nobelpreis eingeräumt werden. Weitere Informationen: https://clarivate.com/citation laureates/winners/ Auszeichnung und Emeritierung von Christian Schönenberger Unser langjähriger Direktor und Ehrenmitglied Prof. Dr. Christian Schönenberger (De- partement Physik, Universität Basel) wurde 2024 von der American Physical Society (APS) als einer der herausragenden APS-Referenten für 2024 geehrt. Anlässlich seiner Emeri- tierung fand im November 2024 eine feierliche Verabschiedung statt. Zahlreiche lang- jährige Kolleg:innen, die Christian während seiner erfolgreichen Karriere begleitet ha- ben, nahmen teil, um ihm für den neuen Lebensabschnitt alles Gute zu wünschen. Young Flourescence Investigator Award für Sonja Schmid Prof. Dr. Sonja Schmid (Departement Chemie, Universität Basel) erhielt im Februar 2024 den «Young Fluorescence Investigator Award 2024» der Biological Fluorescence Subgroup. Sie wurde damit für ihre Arbeiten im Bereich der Fluoreszenz-Methoden ausgezeichnet. Weitere Informationen: https://bit.ly/40pIg5q Ruzicka Preis für Murielle Delley Prof. Dr. Murielle Delley (Departement Chemie, Universität Basel) erhält für ihre Arbeit zur kontrollierten Oberflächenmodifikation von Kobalt-Phosphid mit Schwefel den Ru- zicka-Preis 2024. Weitere Informationen: https://bit.ly/4iBSmrf Vielfältige Zusprachen für neue Forschungsprojekte Sehr erfolgreich waren SNI-Mitglieder im Jahr 2024 ebenfalls bei der Zusprache von Forschungsmitteln, die aus nationalen und internationalen Quellen kommen. In unserem elektronischen Magazin «SNI INSight» berichten wir seit 2024 über die verschiedenen neuen Forschungsprojekte, um den Austausch innerhalb des Netzwerks anzuregen. Zusprachen für neue Forschungsprojekte im ersten Halbjahr: https://bit.ly/4hpq6HS Zusprachen für neue Forschungsprojekte im zweiten Halbjahr: https://bit.ly/40NRrhC Auszeichnungen und Preise 63 SNIJahresbericht 2024
Kommunikation und Outreach: Förderung des Dialogs zwischen Forschung und Gesellschaft Eine wichtige Aufgabe des Swiss Nanoscience Institute ist es, die fas- zinierende Welt der Nanowissenschaften und ihre vielfältigen Anwen- dungen einer breiten Öffentlichkeit näherzubringen. Dazu bereitet das SNI-Team die oft komplexen und anspruchsvollen Themen in verständ- licher und ansprechender Weise auf und schafft es so immer wieder Interesse zu wecken und zu Diskussionen anzuregen. Mit einer Kombination aus bewährten Formaten wie Science Days, Schulbesuchen, öffentlichen Vorträgen, Workshops und Laborführun- gen sorgt das SNI-Team dafür, dass Menschen jeden Alters und Hin- tergrunds einen Zugang zu den Themen der Nanowissenschaften fin- den können. Zudem nutzt das SNI immer wieder die Gelegenheit neue Formate für bestimmte Zielgruppen zu testen. Im Jahr 2024 stand beispielweise das erste Mal «TecDay meets Swiss NanoConven- tion» für Gymnasiast:innen aus der gesamten Schweiz auf dem Pro- gramm. Neben Veranstaltungen, bei denen persönliche Kontakte eine zentrale Rolle spielen, setzt das SNI einen Fokus auf digitale Kommunikation. Unsere umfangreiche und viel besuchte Webseite sowie die steigende Reichweite der sozialen Medienkanäle spiegeln die wachsende Reso- nanz auf die vielfältigen Inhalte wider. Bis Ende 2024 folgten mehr als 7000 Menschen und Organisationen den sozialen Medienkanälen des SNI auf Linkedin, X, Bluesky, Instagram und YouTube. Durch den vielfältigen Ansatz gelingt es dem SNI, wissenschaftliche Inhalte auf unterhaltsame Weise zu vermitteln und so das Verständnis für die Relevanz der Nanowissenschaften in Forschung und Alltag zu stärken. 64 SNI-Jahresbericht 2024
Sechzig Gymnasiast:innen nahmen an der Veranstaltung « TecDay meets Swiss NanoConvention» teil. Auf dem Rüeblimärt, im Labor, im Vortrags raum oder auch online Unterschiedliche Formate für verschiedene Zielgruppen Im Jahr 2024 nutzte das SNI-Team wieder ganz unterschiedliche Plattformen, um mit verschiedenen Zielgruppen in Kontakt zu kommen, sie über Nanowissenschaften zu informieren und ge- nerell das Interesse für Naturwissenschaften zu wecken. So gab es beispielsweise Anfang des Jahres eine Zusammenarbeit mit der Volkshochschule beider Basel, bei der Forschende aus dem SNI-Netzwerk an fünf Tagen ihre wissenschaftlichen Bereiche den interessierten Teilnehmer:innen näher brachten. Zum ers- ten Mal nahm das SNI auch beim Global Science Film Festival teil. Ein 6-minütiges Video über die Entwicklung des Raster- kraftmikroskops und einige aktuelle Anwendungen wurde im Rahmen dieser Veranstaltung vor vollem Haus im Stadtkino Basel gezeigt. Forschende der Universität Basel waren die Ziel- gruppe eines vom SNI-Team organisierten Didaktik-Workshops, bei dem Prof. Dr. Gerald Feldman (George Washington Univer- sity, Washington, DC, USA) innovative Ansätze für die Vermitt- lung wissenschaftlicher Inhalte teilte. Bei der tunBasel war ein junges Publikum angesprochen, ebenso wie bei zahlreichen Workshops mit Schüler:innen von verschiedenen Gymnasien aus der Nordwestschweiz. Ein High- light für 60 Gymnasiast:innen war «TecDay meets Swiss Nano- Convention» – eine vom SNI zusammen mit der Schweizer Aka- demie der Technischen Wissenschaften organisierte Veranstal- tung im Rahmen der Swiss NanoConvention (SNC). Die Schüler:innen konnten zwischen verschiedenen Modulen wäh- len, bei denen sie von Forschenden in unterschiedliche Aspekte der Nanowissenschaften eingeführt wurden. Zudem diskutier- ten sie mit SNI-Doktorierenden an deren Postern und nahmen an einem Vortrag der SNC teil – sie erlebten so die Atmosphäre einer internationalen wissenschaftlichen Konferenz. Als Ab- schluss erhielten die Schüler:innen bei Laborführungen einen Einblick in die praktischen Arbeiten einiger mit dem SNI asso- ziierter Arbeitsgruppen. Ein ganz breites Publikum sprach das SNI-Team bei Aktivi- täten im Zug im Rahmen von «MINT unterwegs» oder auch auf dem Rüeblimärt in Aarau an. Hier boten SNI-Mitarbeitende kleine Basteleien vor allem für Kinder an, luden sie zu einfachen Experimenten ein und nutzten die Möglichkeit begleitende El- tern oder Grosseltern über SNI-Aktivitäten und Nanowissen- schaften zu informieren. Über diese und andere Aktivitäten berichteten wir auf un- serer Webseite und auf verschiedenen sozialen Medienkanälen – oft auch mit Videos. Im Juni und im Dezember 2024 veröf- fentlichte das SNI sein elektronisches Magazin «SNI INSight», mit Einblicken in unterschiedliche Forschungsthemen und ei- ner Übersicht über SNI-Aktivitäten. Weitere Informationen: YouTube Kanal: https://bit.ly/3u9XLjv LinkedIn: https://bit.ly/3rbYP4s Bluesky: https://bsky.app/profile/sniunibas.bsky.social SNI Webseite: www.nanoscience.ch SNI INSight: https://bit.ly/4aEtInm Experimente für zuhause: http://bit.ly/3Hw1FIk Im Zug boten sich gute Gelegenheiten, um mit Kindern zu basteln und zu experimentieren und auch Eltern über die SNI-Aktivitäten zu informieren. Die tunBasel ist immer wieder eine tolle Gelegenheit, um zahlreiche Kinder und Jugendliche zu erreichen, mit ihnen zu experimentieren und ihnen zu zeigen, wie spannend die Naturwissenschaften sind. «Wir erhalten bei der Swiss NanoConvention viele neue Erkenntnisse über die Nanotechnologie. Nano technologie spielt in überraschend vielen Bereichen eine Rolle, es gibt noch Vieles zu erforschen.» Ylenia und Elinor, Kantonsschule Schaffhausen 65 SNI-Jahresbericht 2024
Finanzbericht Zusammen haben die Universität Basel und der Kanton Aargau im Jahr 2006 das Swiss Nanoscience Institute (SNI) gegründet. Dieses Kompetenzzentrum für Nanowissenschaften und Nano- technologie – das nanowissenschaftliche Forschung, Wissens- und Technologietransfer sowie exzellente Ausbildung für den wissen- schaftlichen Nachwuchs gewährleistet – ist längst zu einer etab- lierten Institution in der Nordwestschweiz geworden. Mit der Strategie 2024–2034 hat das SNI nun den Weg für eine erfolgreiche Zukunft geebnet. Dieser Strategie folgend werden wir uns in den nächsten Jahren so positionieren, dass wir unsere ausserordent- liche Expertise in den Nanowissenschaften und der Nanotechno- logie für die Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen einsetzen können. Als Basis für die Zukunft dienen dem SNI dabei die vier Leit- linien Fokussierung, Zusammenarbeit, Anpassung und Wirkung. Die Fokussierung wird auf die Kernbereiche Nanoimaging und Nanofabrikation erfolgen. Wir werden dabei alle Aktivitäten mit- einbeziehen – einschliesslich der Grundlagenforschung, der an- gewandten Forschung, der Serviceeinheiten des Nano Technology Centers (Nano Imaging Lab und Nano Fabrication Lab) und des Ausbildungsprogramms. Eine enge Zusammenarbeit aller Partner ist für den Erfolg des interdisziplinären Netzwerks ebenso ent- scheidend wie eine kontinuierliche Anpassung der Infrastruktur aufgrund stetig wachsender technologischer Anforderungen. Grundlagen für Innovation Die am Anfang von Innovation stehende Grundlagenforschung wird am SNI vor allem durch die Förderung der beiden Argovia- Professoren Dr. Roderick Lim und Dr. Martino Poggio unterstützt. Beide tragen mir ihrer exzellenten Forschung wesentlich zur in- ternationalen Anerkennung des SNI bei. Durch die Beteiligung an nationalen und internationalen Kooperationen konnten die beiden Argovia-Professoren zusammen zusätzlich zu SNI-Mitteln über 1.9 Millionen Franken für ihre Forschungsprojekte einwer- ben. Neben den Argovia-Professoren unterstützt das SNI auch die Arbeit der drei Titularprofessoren am Paul Scherrer Institut Dr. Thomas Jung, Dr. Michel Kenzelmann und Dr. Frithjof Nolting. Zusammen erhielten die Professoren Fördermittel von etwa 1.5 Millionen Franken aus dem SNI-Budget. Die meisten Doktorierenden in der 2012 gegründeten SNI- Doktorandenschule forschen ebenfalls an grundlagenwissen- schaftlichen Fragestellungen. Die vierzig Doktorierenden, die 2024 zur SNI-Doktorandenschule gehörten, sind an verschiedenen Institutionen im SNI-Netzwerk tätig. Sie erwerben alle ihren Doktortitel an der Philosophisch-Naturwissenschaftlichen Fakul- tät der Universität Basel. Insgesamt lagen die Ausgaben für die Doktorandenschule bei etwa 1.9 Millionen Franken. Dies beinhal- tet Gehälter von Doktorierenden, Verbrauchsmaterialien und Veranstaltungen der Doktorandenschule. Wissens und Technologietransfer im Fokus Das seit Gründung des SNI bestehende Nano-Argovia-Programm ist inzwischen eine bestens etablierte Plattform zur Unterstüt- zung des Wissens- und Technologietransfers in die Industrie. Im Jahr 2024 unterstützte das SNI zehn Nano-Argovia-Projekte mit einer Fördersumme von mehr als 1.4 Millionen Franken. Die Pro- jektpartner selbst ergänzten diese Summe durch Gelder aus öf- fentlichen Forschungsförderinstrumenten (z.B. Innosuisse, Nati- onalfonds, EU-Förderung) sowie mit Eigenmitteln der beteiligten Forschungsinstitutionen von insgesamt mehr als 1.2 Millionen Franken. Die Industriepartner engagierten sich zusätzlich mit etwa 1.1 Millionen Franken durch in-kind-Leistungen bei den ver- schiedenen Forschungsprojekten. Aufwand 2024 in CHF Die Ausgaben 2024 gemäss Finanzbericht der Universität Basel vom 26. Februar 2025 sind in der nachfolgenden Tabelle nach Ausgabepositionen aufgeschlüsselt: Management Infrastruktur Wissens- und Techtransfer Outreach & PR Fördermassnahmen Nano Curriculum Nano Technology Center SNI PhD School Personal und Betriebsaufwand Overhead Infrastruktur Apparate Personal und Betriebsaufwand Nano-Argovia-Projekte Personal und Betriebsaufwand Professoren Univ. Basel PSI-Professoren Bachelor- und Masterprogramm Nano Imaging/Nano Fabrication Personal und Betriebsaufwand Univ. Basel 548’185 167’717 27’861 81’571 607’398 301’326 630’580 744’911 3’109’550 Kanton AG 365’709 650‘000 469’285 177’590 1’431’688 76’436 770’485 125’590 237’941 355’900 1’117’367 5’777’990 Total 913’894 650‘000 637’002 205’451 1’431’688 158’007 1’377’883 125’590 539’267 986’480 1’862’278 8’887’539 Total Aufwand 2024 in CHF 66 SNI-Jahresbericht 2024
Ausbau des Nano Technology Centers Das 2022 gegründete Nano Technology Center mit seinen beiden Einheiten Nano Imaging Lab und Nano Fabrication Lab bietet Kund:innen aus Industrie und Akademie einen umfassenden Ser- vice in den Bereichen Bildgebung und Analyse sowie Mikro- und Nanofabrikation. Mit der strategischen Fokussierung auf Nanoimaging und Na- nofabrikation ist es für das SNI elementar, in den beiden Service- einheiten des Nano Technology Centers eine moderne, konkur- renzfähige Infrastruktur zu schaffen und aufrecht zu erhalten. Aufgrund von Rücklagen konnte das SNI im Jahr 2024 weiterhin in die Ausstattung des Nano Technology Centers investieren und war in der Lage, notwendige Reparaturen und Instandhaltungs- massnahmen zeitnah durchzuführen. Insgesamt belief sich das Budget des Nano Technology Centers 2024 auf fast eine Million Franken. Studium und Öffentlichkeitsarbeit Im Jahr 2024 waren 76 Studierende im Bachelor- und Masterstu- diengang Nanowissenschaften an der Universität Basel einge- schrieben, an dessen Finanzierung sich das SNI mit mehr als 0.5 Millionen Franken beteiligt. Die Studierenden bekommen im Laufe ihres Studiums eine breite Grundlage in den Naturwissen- schaften, spezialisieren sich dann auf Themen, die den eigenen Interessen entsprechen und sind nach dem Abschluss bestens in der Lage, an Schnittstellen verschiedener Disziplinen zu arbeiten. Auf den Studiengang aufmerksam zu machen und generell über Nanowissenschaften und die Aktivitäten des SNI zu infor- mieren, gehört ebenfalls zu den Aufgaben des SNI-Teams. SNI- Mitarbeitende suchen daher über verschiedene Formate den Kon- takt mit der Bevölkerung und nutzen soziale Medien, um Neuig- keiten aus dem SNI zu teilen. Über digitale Kanäle findet auch die Kommunikation innerhalb des interdisziplinären Netzwerks statt. Zudem organisiert das SNI-Team Veranstaltungen wie den Annual Event oder den NanoTec Apéro, die für den Austausch innerhalb des Netzwerks unerlässlich sind. Insgesamt beliefen sich die Kosten für Öffentlichkeitsarbeit und interne Veranstal- tungen auf weniger als 0.2 Millionen Franken. Investition in moderne Infrastruktur Dank angesparter Rücklagen konnte das SNI im Jahr 2024 über 0.6 Millionen Franken in neue Infrastruktur in einigen For- schungsgruppen und vor allem im Nano Technology Center in- vestieren. Der kontinuierliche Aufbau der Serviceeinheit des SNI sowie die strukturelle Unterstützung von Forschungsgruppen wird sich in den nächsten Jahren fortsetzen. Damit wird das SNI seine Rücklagen abbauen und dazu beitragen, die technische Aus- stattung auf einen konkurrenzfähigen Stand zu bringen. Im Jahresabschluss des SNI wird in der letzten Zeile ein Betrag von rund 4.9 Millionen Franken als «Stand gebundene Projekt- mittel SNI per 31.12.2024» ausgewiesen. In diesem Betrag sind bereits getätigte Bestellungen von Geräten nicht berücksichtigt, die erst 2025 geliefert werden. Dazu gehören Infrastrukturmass- nahmen im Nano Technology Center und in Forschungsgruppen im Wert von rund einer dreiviertel Million Franken. Zudem gibt es bei den Nano-Argovia-Projekten Mittel, die bislang noch nicht abgerufen wurden. Ein Grossteil sind zudem Rückstellungen für laufende Doktorarbeitsprojekte, da Doktorandinnen und Dokto- randen der SNI-Doktorandenschule im Laufe des Jahres ihre An- stellung beginnen und immer für einen Zeitraum von 48 Monaten angestellt werden. Besten Dank Wir möchten uns herzlich bei der Direktion Finanzen der Uni- versität Basel für die ausgezeichnete Zusammenarbeit im vergan- genen Jahr und die reibungslose Finanzberichterstattung bedan- ken. Ein herzlicher Dank geht auch an die Kantone Aargau, Basel- Stadt und Basellandschaft. Durch ihr Engagement ist es dem SNI möglich, herausragende Nachwuchswissenschaftler:innen auszu- bilden, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen und Unternehmen bei innovativen Projekten für eine bessere Zukunft zu unterstützen. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Erfolgsrechnung der SNI-Mittel per 31. Dezember 2024: Erfolgsrechnung 2024 in CHF Zusprachen Kapitalertrag und sonstige Erträge Ertrag Aufwand Jahresüberschuss Stand gebundene Projektmittel SNI per 01.01.2024 Zuweisung (+)/Auflösung (–) gebundene Projektmittel Univ. Basel 2’766’439 18’947 2’785’385 3’109’549 (324’164) 1’989’547 (324’164) 1’665’383 Kanton AG 5 ‘247‘940 151’625 5’399’565 5’777’990 (378’425) 3’577’167 (378’425 ) 3’198’742 Total 8’014’379 170’571 8’184’950 8’887’539 (702’589) 5’566’715 (702’589 ) 4’864’125 Stand gebundene Projektmittel SNI per 31.12.2024 in CHF 67 SNIJahresbericht 2024
Organisation Argovia Ausschuss Regierungsrat A. Hürzeler, Vorsteher Departement Bildung, Kultur und Sport des Kantons Aargau Prof. Dr. A. Schenker-Wicki, Rektorin Universität Basel Prof. Dr. M. Poggio, Direktor SNI Prof. Dr. C. Bergamaschi, Direktionspräsident FHNW Prof. Dr. G.-L. Bona, ehemals Direktor Empa Dr. W. Riess, ehemals IBM Department Head & Koordinator Binnig & Rohrer Nanotechnology Center Prof. Dr. C. Rüegg, Direktor Paul Scherrer Institut SNI Exekutivkomitee Prof. Dr. M. Poggio, Direktor SNI (Doktorandenschule) Prof. Dr. P. Maletinsky, Vizedirektor (Nano-Argovia-Programm) Prof. Dr. S. Hiller (Biozentrum, Forschungsdekan Phil.-Nat.) Prof. Dr. J. Huwyler (Curriculum Nanowissenschaften, Departement Pharmazeutische Wissenschaften) Prof. Dr. R. Y. H. Lim (Biozentrum) Prof. Dr. K. Moselund (Paul Scherrer Institut) Prof. Dr. O. Tagit (Fachhochschule Nordwestschweiz) Prof. Dr. O. Wenger (Departement Chemie) C. Wirth, (Geschäftsführerin SNI) Prof. Dr. I. Zardo ( Nano Technology Center und Departement Physik) SNI Management Prof. Dr. M. Poggio (Direktor) C. Wirth (Geschäftsführerin) Dr. A. Baumgartner (Doktorandenschule) Dr. K. Beyer-Hans (Outreach, Kommunikation) Dr. A. Car (Curriculum Nanowissenschaften) Dr. G. Gadea (Nano Fabrication Lab) S. Hüni (Outreach, Kommunikation) Dr. C. Möller (Kommunikation, Medienkontakt, Social Media) Dr. B. Utinger (Outreach, Kommunikation, ab 01.07.2024) Dr. M. Wegmann (Outreach, Kommunikation, bis 30.06.2024) Dr. M. Wyss (Nano Imaging Lab) Curriculum Nanowissenschaften Dr. A. Car (Studienkoordinatorin) S. Chambers (Administration) Nano Imaging Lab Dr. M. Wyss (Leitung, TEM, FIB-SEM) E. Bieler (SEM) S. Erpel (SEM, TEM) D. Mathys (FIB-SEM, Bildbearbeitung) Dr. M. Schönenberger (AFM, LSM) Dr. A. Vogel (TEM, FIB-SEM) Listen über Mitglieder und Projekte 2024 Principal Investigators und assoziierte Mitglieder https://bit.ly/3ERrZiA Doktorierende https://bit.ly/4ka6k5k Projekte der SNI Doktorandenschule 2024 https://bit.ly/4i9JZ5X Nano Argovia Projekte 2024 https://bit.ly/4ifngFT Weitere Information Wenn Sie mehr über das Swiss Nanoscience Institute wissen möchten, besuchen Sie doch unsere Webseite (www.nanosci- ence.ch) oder folgen Sie uns auf LinkedIn, Bluesky oder YouTube. Dort posten wir regelmässig Neuigkeiten aus dem Netzwerk. Wissenschaftliches Beiheft Die wissenschaftlichen Berichte aller Nano-Argovia-Projekte und Projekte der SNI-Doktorandenschule aus dem Jahr 2024 finden Sie auch auf unserer Webseite oder scannen Sie einfach den QR-Code. bit.ly/3WL7A4P Nano Fabrication Lab Dr. G. Gadea (Leitung) J. Herzog A. Lücke X. Wildermuth 68 SNI-Jahresbericht 2024
Impressum : Gestaltungskonzept: STUDIO NEO Text und Layout: C. Möller und M. Poggio mit Unterstützung von PIs und Doktorierenden Korrektorat: C. Wirth Bilder: C. Möller und angegebene Quellen © Swiss Nanoscience Institute, März 2025 Titelbild: Protein Partnerschaften Protein-Protein-Wechselwirkungen zwischen menschlichen Schilddrüsenepithelzellen wurden mit einer innovativen Fluoreszenztechnik (BiFC) sichtbar gemacht (grün). Der Ansatz verdeutlicht die genaue zelluläre Lokalisierung der Wechsel- wirkungen und unterstreicht die dynamische Komplexität von Proteinpartnerschaften in Säu- getierzellen, wobei eine Brücke zwischen Nano- technologie und Molekularbiologie geschlagen wird. F-Actin (rot), DNA (blau) (Bild: Ahmed H.H.H. Mahmoud, Biozentrum Universität of Basel) 69 SNI Jahresbericht 2024
Universität Basel Petersplatz 1 Postfach 4001 Basel Schweiz www.unibas.ch Swiss Nanoscience Institute Universität Basel Klingelbergstrasse 82 4056 Basel Schweiz www.nanoscience.ch Educating Talents since 1460. Wissenschaftliches Beiheft