SNI INSIght Dezember 2023
Einblicke in Forschung und Aktivitäten am Swiss Nanoscience Institute
SNI INS ight Einblicke in Forschung und Aktivitäten am Swiss Nanoscience Institute Dezember 2023 Nobelpreis für Quanten- SNI-Ehrenmitglied Zurück als Professorin Wertvolle Erfahrung punkte Interview mit Markus Dürrenberger über Géraldine Guex neu im Organisationsteam über Jonathan de Roo seinen Werdegang SNI-Netzwerk die INASCON 2023
Inhalt 3 Editorial 4 Entdeckung und Synthese von Quantenpunkten ausgezeichnet Der Nobelpreis für Chemie geht an drei Nanowissenschaftler 8 PSI-Impuls-Preis Thomas Mortelman erhält Auszeichnung 8 SNI-Doktorandenschule Bewerbungen noch möglich 9 Nano Image Award 2023 9 Vortragsreihe zu Nanowissenschaften 9 Grenzen in den Nanowissenschaften 10 Leidenschaft für Mikroskopie und Technik Markus Dürrenberger erhält die Ehrenmitgliedschaft des SNI 12 Nano Fabrication Lab Die Serviceeinheit wächst 14 Zurück zu den Wurzeln Die ehemalige Nanostudentin Anne Géraldine Guex kommt als Professorin zurück nach Basel 17 Projekte im Quantum Transitional Call Beteiligung von SNI-Mitgliedern 20 Gastbeitrag: Rückblick auf die INASCON 2023 Eine von Studierenden organisierte «Reise» 22 Unterstützung mit detailgenauen Bildern Das Nano Imaging Lab ist begehrter Anlaufpunkt für Maturaarbeiten 25 Neuigkeiten aus dem SNI-Netzwerk
Editorial das SNI geleistet hat. Neu zum SNI stösst als Projektlei- terin eines PhD School-Projekts Géraldine Guex. Sie war bereits vor vielen Jahren Teil unseres Netzwerks, damals allerdings als Studentin der Nanowissenschaften. Nach verschiedenen Stationen ist sie nun als Assistenzprofes- sorin an die Universität Basel zurückgekehrt. Auch von anderen jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gibt es erfreuliche Neuigkeiten zu berichten. Thomas Mortelmans, ehemaliger SNI- Doktorand, hat kürzlich den PSI-Impuls-Preis 2023 be- kommen. Dieser Preis wird alle zwei Jahre für die beste anwendungsorientierte Doktorarbeit am PSI verliehen. Herzlichen Glückwunsch! Tolles geleistet haben auch die Studierenden und Doktorierenden der Nanowissenschaften, die die Studie- rendenkonferenz INASCON in diesem Sommer organi- siert haben. Der Gastbeitrag in diesem «SNI INSight» gibt einen guten Einblick in diese besondere Konferenz von und für Nanostudierende weltweit. Sie 昀椀nden in diesem «SNI INSight» noch vieles Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe Nano-Interessierte mehr rund um die Themen, die uns tagtäglich beschäfti- gen und interessieren. Schon wieder ist ein Jahr vorbei – ein bewegtes Jahr mit Nun wünsche ich allen ein paar schöne, entspannte verstörenden Nachrichten aus verschiedenen Regionen Feiertage und dann einen guten Start in ein ho昀昀entlich der Welt, aber auch mit zahlreichen positiven Momenten, gesundes, friedliches und erfolgreiches Jahr. Begegnungen und Neuigkeiten. In diesen unruhigen Zei- Es ist mir eine Freude mit Ihnen und euch zusam- ten ist nicht immer klar, wie wir die Herausforderungen men zu arbeiten und ich bedanke mich ganz herzlich für der Gegenwart und Zukunft bewältigen werden – eins ist die vielen positiven Interaktionen und die gute Kollabo- aber sicher, wir werden es nur zusammen scha昀昀en. ration. Ich freue mich schon auf zahlreiche Begegnungen Zusammenarbeit ist auch eine der Leitlinien und Diskussionen in 2024! in der Strategie des SNI, die wir gerade erarbeiten. Am SNI 昀椀ndet Zusammenarbeit von jeher über Grenzen von Mit besten Grüssen Disziplinen und Institutionen hinweg statt – das macht uns besonders, ist aber hier und da auch herausfordernd. Noch ist das Strategiepapier nicht fertig und wir werden sicher noch die ein oder andere Diskussion über die Aus- richtung unseres Netzwerks haben. Für mich persönlich ist der Prozess, eine Strategie für die nächsten 10 Jahre zu erarbeiten, auf jeden Fall ein wichtiger Schritt auf dem Weg mich immer mehr mit dem SNI zu identi昀椀zieren Prof. Dr. Martino Poggio, SNI-Direktor und die Möglichkeiten, die uns unser Netzwerk bietet, wertzuschätzen. Mit diesem «SNI INSight» haben auch Sie die Gelegenheit tiefer in die Welt des SNI und der Nanowis- senschaften einzutauchen. Wir starten mit einem Artikel über die drei Forschenden, die dieses Jahr den Nobelpreis in Chemie bekommen haben. Sie haben mit besonderen Nanokristallen gearbeitet und damit die Tür für zahlrei- che Anwendungen aufgestossen, die teilweise auch im SNI-Netzwerk untersucht werden. Neben Berichten über aktuelle Forschungsprojek- te gibt es auch Information über SNI-Mitglieder. So haben wir unser neues Ehrenmitglied Markus Dürrenberger in- terviewt, der als Experte für Mikroskopie und pensionier- ter Leiter des Nano Imaging Labs wertvolle Beiträge für SNI INSight Dezember 2023 3
Entdeckung und Synthese von Quantenpunkten ausgezeichnet Der Nobelpreis für Chemie geht an drei Nanowissenschaftler Den Nobelpreis für Chemie haben dieses Jahr die drei Nanowissenschaftler Prof. Dr. Moungi G. Bawendi (MIT, Cambridge, MA, USA), Prof. Dr. Louis E. Brus (Columbia University, New York, USA) und Dr. Alexei I. Ekimov (Nanocrystals Technology Inc., New York, USA) erhalten. Sie haben mit ihrer Forschung wesentliche Grundsteine für die Nutzung von vielfältig einsetzbaren Nanokristallen, sogenannten Quantenpunkte, gelegt. Für die Quantenpunkte gelten – wie auch für andere Nanostrukturen – die Regeln der Quantenmechanik. Wir haben Professor Dr. Jonathan de Roo vom Departement Chemie der Universität Basel interviewt, um mehr über diese besonderen Nanokristalle zu erfahren und um zu hören, welche Anwendungen für Nanokristalle er in seiner Forschung untersucht. SNI INSight: Was sind Quantenpunkte und was ist den. Über die Grösse lässt sich also de昀椀nieren, welche das Besondere an ihnen? Wellenlänge und damit korreliert welche Energie oder Frequenz das Licht hat, das durch die Quantenpunkte Jonathan de Roo: Quantenpunkte sind winzige kollo- ausgesendet wird. idale – also fein verteilte – Halbleiterkristalle von nur einigen Nanometern Durchmesser. Sie enthalten nur einige hundert bis tausend Atome. Je nachdem wie gross SNI INSight: Wie lässt sich dieses Phänomen auf die Quantenpunkte sind, verändern sich ihre Eigenschaf- einfache Weise erklären? ten – beispielweise ihre Farbe, wenn sie mit Licht ange- regt werden. So leuchten kleine Quantenpunkte nach Jonathan de Roo: Bestrahlen wir einen Quantenpunkt einer Anregung mit UV-Licht blau, während mittelgrosse mit Licht, nehmen die Elektronen in dem Halbleiterma- grünes und grössere Quantenpunkte rotes Licht aussen- terial Energie auf und werden auf ein höheres Energie- Jonathan de Roo hat bereits beim Annual Event sehr anschaulich seine Arbeit mit kolloidalen Nanokristallen beschrieben. SNI INSight Dezember 2023 4
Weitere Informationen: Nobelpreis-Webseite https://www.nobelprize.org Forschungsgruppe Jonathan de Roo https://deroo.chemie.unibas. ch/en/ Quantenpunkte sind winzige kolloidale – also fein verteilte – Halbleiterkristalle von nur einigen Nanometern Durch- messer. Je nach Grösse besitzen sie unterschiedliche Eigenschaften – beispielweise ihre Farbe, wenn sie mit Licht angeregt werden. (Bild: Stockphoto) niveau gehoben. Wenn sie wieder auf ihr sigkeiten verteilten Kristalle nicht nur die ursprüngliches Energieniveau herabfallen, Farbe des ausgesendeten Lichts beein昀氀usst, senden sie elektromagnetische Wellen in sondern auch für andere chemische und phy- Form von Licht aus. Die Farbe des ausgesen- sikalische Eigenschaften relevant ist. deten Lichts hängt dabei vom Energieunter- 1993 gelang es Moungi Bawendi schied zwischen angeregtem Zustand und mithilfe der sogenannten «hot injection- Grundzustand ab. Quantenpunkte können Methode» zum ersten Mal Quantenpunkte Licht ganz unterschiedlicher Energie ab- mit einer homogenen Grösse chemisch her- sorbieren, die Farbe des emittierten Lichts zustellen – was die Grundvoraussetzung für ist dann aber abhängig von der Grösse der die Anwendung der Quantenpunkte war. Kristalle. Das Team von Bawendi hat dazu Wir können uns das so vorstellen, metallorganische Verbindungen aus Cad- wie bei einer Orgel. Eine kurze Orgelpfeife mium zusammen mit organischen Selen- erzeugt einen hohen Ton mit einer hohen verbindungen in heisses Lösungsmittel, das Frequenz, eine lange Orgelpfeife einen tie- auch Tenside enthält, gespritzt. Durch die fen Ton mit niedriger Frequenz. Sind die grosse Hitze zerfallen die organischen Teile Kristalle der Quantenpunkte klein, ist das der metallorganischen Moleküle. Die Metall- ausgesendete Licht hochfrequent und hoch- ionen verbinden sich mit dem Selen und energetisch – also blau. Sind die Kristalle da- bilden Cadmiunselenid-Nanokristalle. Die gegen gross, besitzt das ausgesendete Licht Tenside in der Lösung sorgen dafür, dass die eine niedrigere Frequenz, damit eine grösse- Kristalle fein verteilt dispergiert vorliegen. re Wellenlänge und ist dann rot. Wenn die Temperaturen weiterhin hoch sind (zwischen 240 und 360°C) und genügend Aus- gangsmaterial zur Verfügung steht, wachsen SNI INSight: Was haben die drei Nobel- die Kristalle weiter. Bawendi hat allerdings preisträger genau untersucht? zwischendurch immer wieder Proben ent- nommen und darin den Kristallisations- Jonathan de Roo: Alexei Ekimov hat zu Be- prozess gestoppt. So hat er eine Reihe von ginn der 1980er Jahre Gläser untersucht, die Flüssigkeiten bekommen, die dann jeweils fein verteilte Kupferchlorid-Nanokristalle Quantenpunkte einer bestimmten Grösse enthielten. Er konnte zeigen, dass sich je enthielten. nach Grösse der Kupferchlorid-Kristalle die Farbe der Gläser änderte und dass dies auf Quantene昀昀ekte zurückzuführen ist. Die Grö- SNI INSight: Diese erste chemische sse der Partikel steuerte er zu einem gewis- Synthese homogener Quantenpunkte sen Masse, indem er das Glas unterschiedlich wurde vor 30 Jahren vorgestellt. Welche erhitzte und abkühlte. Fortschritte hat die Forschung inzwischen Louis Brus untersuchte dann ein erzielt? paar Jahre später Quantenpunkte aus Cad- miumsul昀椀d zum ersten Mal in Flüssigkeiten. Jonathan de Roo: Die Nobelpreisträger ha- Er zeigte, dass die Grösse der frei in Flüs- ben damals mit hochtoxischen Verbindun- SNI INSight Dezember 2023 5
gen gearbeitet. Heute können wir Quantenpunkte aus grün und rot. Durch die Kombination der drei Grundfar- weit weniger gefährlichen Ausgangssubstanzen herstel- ben entsteht dann die ganz Farbpalette. len. Für jede neue Verbindung aus denen Quantenpunkte In QLED-Lampen wandeln Quantenpunkte Far- hergestellt werden, müssen die Bedingungen neu de昀椀- ben e昀케zienter um als dies bei traditionellen LEDs der niert werden – auch wenn der Herstellungsprozess heute Fall ist. Allerdings sind solche QLED-Lampen noch nicht teilweise noch sehr ähnlich ist. kommerziell verfügbar – die Stabilität der Quantenpunk- Dann haben Forschende in den letzten Jahr- te muss noch weiter verbessert werden. Anders als ein zehnten die E昀케zienz der Quantenpunkte enorm erhöht. Fernsehschirm wird eine LED-Lampe nämlich sehr heiss, Anfänglich lag diese bei etwa 5%, d.h. um ein Photon an was zum «Absterben» der Quantenpunkte führt. ausgestrahltem Licht zu erhalten, mussten 20 Photonen Aber auch für medizinische Fragestellungen zur Anregung genutzt werden. Bei modernen Quanten- beispielsweise im Bereich der Visualisierung bestimmter punkten liegt die E昀케zienz bei fast 100%. Erreicht hat man Gewebe können Quantenpunkte oder auch Nanokristalle dies unter anderem, indem man heute die Nanokristalle in Zukunft eine wichtige Rolle spielen und darum dreht mit anorganischen Hüllen umgibt – ähnlich wie bei einer sich auch unsere Forschung. Zwiebel, die auch verschiedene Schichten hat. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, die Reaktions- bedingungen so einzustellen, dass die gewünschte Parti- SNI INSight: Arbeitet dein Team auch mit kelgrösse am Ende der Reaktion erreicht wird. Um kleine Quantenpunkten? Quantenpunkte zu bekommen, kann ich natürlich ganz am Anfang der Reaktion meine Proben entnehmen und Jonathan de Roo: Wir arbeiten nicht mit Quantenpunk- das Wachstum der Kristalle stoppen. Dabei verliere ich ten, sondern mit nicht-toxischen kolloidalen Nanokris- dann aber einen Grossteil der Reagenzien. Das Ziel ist es tallen aus Zirkonium- und Hafniumoxid. Sie sind mit den aber, die Komponenten und Bedingungen so zu wählen, Quantenpunkten eng verwandt und werden auch auf dass ich die grösstmögliche Ausbeute unter optimaler ähnliche Art und Weise hergestellt. Ausnutzung der Ausgangsmaterialien bekomme. Auch hier hat die Forschung grosse Fortschritte erzielt. SNI INSight: Welche Anwendungen für diese Nanokristalle untersucht ihr? SNI INSight: Wozu werden Quantenpunkte verwendet? Jonathan de Roo: Wir möchten diese Nanokristalle für die diagnostische Bildgebung einsetzen. Jonathan de Roo: Quantenpunkte werden heute schon In einem Projekt untersuchen wir zusammen mit in einigen Bereichen eingesetzt. Sie sind beispielsweise Kolleg:innen vom Unispital Gent (Belgien), ob sie sich in QLED-Fernsehgeräten für brillante Farben verantwort- beim Röntgen einsetzen lassen, um den Kontrast von lich. In den Geräten wird blaues Licht von einer Galli- Weichgewebe zu verstärken. So ho昀昀en wir, dass sich da- umnitrid Lichtquelle ausgestrahlt und die verschiedenen mit beispielsweise bei Brustkrebs-Patientinnen während Quantenpunkte sorgen dann für die Umwandlung in der Operation die Wächterlymphknoten eindeutig iden- Mithilfe der Nanokristalle aus dem de Roo-Team lassen sich auch die feinsten Blutgefässe in den Kiemen eines Zebra昀椀sches detailgenau darstellen. (Abbildung: Departement Chemie, Universität Basel) SNI INSight Dezember 2023 6
ti昀椀zieren lassen. Die Nanokristalle werden dazu in den Tumor injiziert, die Flüssigkeit mit den Nanokristallen 昀氀iesst im Lymphsystem zum ersten Lymphknoten in der Achselhöhle und dieser sogenannte Wächterlymphkno- ten wird im Röntgenbild sichtbar. Da die Lösung auch mit einem Farbsto昀昀 versehen ist, können die Chirurg:innen bei einer Operation die Wächterlymphknoten visualisie- ren und entfernen. In einem SNI-Projekt möchten wir zusammen mit Kolleg:innen vom PSI unsere Nanokristalle einsetzen, um bei Transplantations-Patient:innen Abstossungsreaktio- nen frühzeitig zu erkennen. Hierbei versehen wir die Na- nokristalle mit bestimmten Antikörpern, die spezi昀椀sch an Immunzellen binden. Wenn wir unsere Antikörper- Nanokristalle dann auf das bei einer Biopsie entnommene Gewebe eines transplantierten Organs geben, binden die Antikörper an eventuell vorhandene Immunzellen. Wir können so feststellen, ob viele Immunzellen in diesem Gewebe vorhanden sind – was ein Indiz für eine begin- Die Herstellung von Nanokristallen einheitlicher Grösse ist die Grund- nende Abstossungsreaktion wäre. voraussetzung für ihre Anwendung. (Abbildung: Departement Chemie und Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) SNI INSight: Welche Herausforderungen gibt es bei der Herstellung der Nanokristalle? Jonathan de Roo: Die von uns untersuchten Oxid- Nanokristalle sind noch schwieriger herzustellen als Quantenpunkte. Zirkonium und Hafnium sind mehrfach positiv geladen und die Herstellung ihrer Oxide ist her- ausfordernd, da sie starke Bindungen besitzen, die nicht leicht aufzubrechen sind. Bindungen zu brechen ist aber eine Voraussetzung um Defekte in den Kristallen zu re- parieren. Sind sie einmal hergestellt, sind die Kristalle extrem stabil. Wir untersuchen zudem komplexe Hüllen der Kristalle – ähnlich wie die Schichten einer Zwiebel – um ihre Eigenschaften noch weiter zu optimieren. Zudem sind wir dabei Oxidcluster zu produzieren. Sie sind noch Die Gruppe von Jonathan de Roo untersucht Hafnium-Zirkonium-Oxid- kleiner als Nanokristalle und vor allem atomar sehr prä- Nanokristalle (Zirkonium-Kern und Hafnium-Hülle), um sie in der diag- zise – anders als die Nanokristalle. nostischen Bildgebung einzusetzen. (Abbildung: Departement Chemie, Es gibt auf jeden Fall genug zu tun und wir haben Universität Basel) noch viele Ideen wie wir verschiedene kolloidale Nano- kristalle für unterschiedliche Anwendungen zur Verfü- gung stellen können. SNI INSight Dezember 2023 7
PSI-Impuls-Preis Weitere Informationen: Thomas Mortelmans erhält Auszeichnung Das Paul Scherrer Institut und der Verein PSI-Impuls haben den PSI-Impuls-Preis https://www.psi.ch/de/psi- ehemaligen SNI-Doktoranden Dr. Thomas Mortelmans mit dem impuls/psi-impuls-preis PSI-Impuls-Preis ausgezeichnet. Thomas bekommt den Preis, der Ausführlicher Artikel alle zwei Jahre für die beste anwendungsorientierte Doktorarbeit über die Arbeit von Thomas Mortelmans am PSI verliehen wird, für seine Arbeit «Development of a nano- https://nanoscience.unibas.ch/ de/news/details/neues-prinzip- fuer-antikoerpertests-thomas- 昀氀uidic particle size sorter and its biomedical applications». mortelmans-bekommt-den-von- sensirion-gesponsorten-swiss- nanotechnology-phd-award/ In seiner Doktorarbeit, die als Projekt der Video über die Arbeit SNI-Doktorandenschule gefördert wurde, https://youtu.be/7VKskNZCoMc hat Thomas ein neues Funktionsprinzip für Video mit Thomas einen COVID-19-Schnelltest entwickelt, mit über die SNI-Dokto- dem sich auch andere Viren wie In昀氀uenza A randenschule nachweisen lassen oder der Status der Krank- https://youtu.be/9dqX_vimmcY heit bestimmt werden kann. Durchgeführt hat Thomas seine Ar- beiten am Paul Scherrer Institut in der Grup- pe von Dr. Yasin Ekinci. Für seine Publikation in «ACS Applied Nanomaterials», die das Funktionsprinzip des Mikro昀氀uidiktests be- schreibt, bekam Thomas Mortelmans bereits den vom Swiss MNT Network initiierten und von Sensirion gesponsorten Swiss Nanotech- nology PhD Award im Jahr 2022 verliehen. Inzwischen ist Thomas Mortelmans Device Scientist bei Johnson & Johnson in Scha昀昀hausen. «Wir gratulieren ganz herzlich zu dieser wohlverdienten Thomas Mortelmans hat den PSI-Impuls-Preis verliehen Auszeichnung!» bekommen. (Foto: PSI) SNI-Doktorandenschule SNI-Doktoranden- schule https://nanoscience.unibas.ch/ Bewerbungen noch möglich de/forschung/phd-programm/ Bis zum 31. Dezember 2023 können sich interessierte junge Forschende noch auf die ausgeschriebenen Projekte in der SNI- Doktorandenschule bewerben. Weitere Informationen: https://nanoscience.unibas.ch/de/for- schung/phd-programm/ 8 SNI INSight Dezember 2023
Nano Image Award 2023 Herzlichen Glückwunsch den Gewinner:innen und vielen Dank allen, die teilgenommen haben! Vortragsreihe zu Grenzen in den Nanowissenschaften Nanowissenschaften Das SNI organisiert in In der aktuellen Ausga- Zusammenarbeit mit der be von UNI NOVA geht Volkshochschule beider es darum wie Grenzen Basel eine Vortragsreihe trennen, verbinden und zum Thema «Nanowissen- herausfordern. schaften – interdisziplinär in die Zukunft». Anhand Wir haben dazu ein Li- von fünf Beispielen aus sticle über Grenzen in der aktuellen Forschung den Nanowissenschaften zeigen Forschende aus beigetragen. Eine länge- dem SNI-Netzwerk das re, etwas ausführliche Potenzial der Nanowissen- Version 昀椀nden Sie hier. schaften auf. Gesamte Ausgabe von UNI NOVA Weitere Informationen und Anmeldung «Hüben und drüben» SNI INSight Dezember 2023 9
Leidenschaft für Mikroskopie und Technik Markus Dürrenberger erhält die Ehrenmitgliedschaft des SNI Dr. Markus Dürrenberger wurde aufgrund seines ausserordentlichen Engagements für die Mikroskopie und den Aufbau des Nano Imaging Labs beim diesjährigen An- nual Event mit der SNI-Ehrenmitgliedschaft ausgezeichnet. Markus Dürrenberger ist aber nicht nur Experte für Mikroskope aller Art, sondern auch ein enthusiasti- scher Lehrer und hervorragender Techniker, der bereits zahlreiche Er昀椀ndungen auf den Markt gebracht hat, wie wir im Interview erfahren. Biologie war die richtige Wahl «Molekularbiologie oder keine 昀椀nanzielle Unterstützung» – so ähnlich hat sich das wohl vor mehr als 40 Jahren im Hause Dürrenberger angehört, als Markus Dürrenbergers Vater seinen Sohn dazu drängte am Biozentrum in Basel Molekularbiologie zu studieren. Markus hatte nach der Matura zunächst ein Studium in Starkstromtechnik be- gonnen, dann aber bald festgestellt, dass das nicht das Richtige für ihn war. Daraufhin schaltete sich sein Vater ein, der ein gutes Gespür für die Stärken und Neigungen seines Sohnes hatte. Denn Markus war bereits als Kind draussen mit der Lupe unterwegs gewesen und in der Schule von den Kreisläufen der Natur, von Mikroskopen und dem Leben im Wassertropfen fasziniert. «Ja, da bin ich ein bisschen zu meinem Glück gezwungen worden», lacht Markus Dürrenberger im In- terview. «Das Biostudium hat mir dann tatsächlich wahn- Markus Dürrenberger (links) bekam von SNI-Direktor Martino Poggio sinnig gut gefallen.» Vor allem Viren faszinierten ihn und im Rahmen des Annual Events dieses Jahr die SNI-Ehrenmitgliedschaft so untersuchte er in seiner Diplom- und Doktorarbeit den verliehen. Entwicklungskreislauf des Bakteriophagen T4, der das Darmbakterium Escherichia coli befällt. Sichtbar sind diese Viren nur im Elektronenmikroskop und so begann entwickelte er als Teil seiner Arbeit in der Gruppe von die Leidenschaft für diese komplexen Mikroskope, mit Prof. Dr. Eduard Kellenberger am Biozentrum einen bio- denen sich selbst kleinste und feinste Strukturen detail- kompatiblen Kunststo昀昀 – der später von der Firma Lowi genau abbilden lassen. (Deutschland) unter dem Markennamen Lowicryl auf den Markt gebracht wurde. «Das Biostudium hat mir wahnsinnig «Das war ein Glücksfall, denn zwanzig Jahre lang haben wir für unsere Forschung fünf Prozent des Umsatz gut gefallen.» von Lowicryl bekommen», erzählt Markus. «Später ha- ben wir im Maurice E. Müller Institut aus dem Kunststo昀昀 Dr. Markus Dürrenberger unter Zugabe von Knochenmehl einen Knochenzement entwickelt, der auch heute noch bei Implantationen an- gewendet wird. Und in Zahnfüllungen aus Kunststo昀昀 ist Kunststoffentwicklung war sehr erfolgreich er ebenfalls enthalten, da wir später in meiner Karriere Zur Einbettung der in昀椀zierten Bakterienzellen fehlte mit dem Zahnärztlichen Institut verschiedene Zahnfül- Markus für seine elektronenmikroskopischen Untersu- lungen daraus entwickelt haben», berichtet er weiter. chungen damals ein idealer Kunststo昀昀, der bei den Un- Karriereschritte vor Basel tersuchungsbedingungen von -100°C und unter UV-Licht Diese Entwicklungen fanden statt als Markus Dürren- polymerisiert, damit aushärtet und Schnitte erlaubt. So berger als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Leiter des SNI INSight Dezember 2023 10
Weitere Informationen: Nano Imaging Lab https://nanoscience.unibas.ch/ de/services/nano-imaging-lab/ Markus Dürrenberger ist nicht nur Experte für Mikroskope aller Art, sondern auch ein enthusiastischer Lehrer und hervorragender Techniker. Zentrums für Mikroskopie Basel (ZMB) am Maurice E. Müller Institut am Biozentrum an Seit 2016 zum SNI-Team gehörend der Universität Basel arbeitete. Aufgrund von Restrukturierungen wurde Davor sammelte er allerdings noch 2016 das ZMB aufgelöst. Markus und ein Teil Erfahrung in den USA und an der Universität seines Teams wurden als Nano Imaging Lab Zürich. So ging Markus Dürrenberger direkt in das Swiss Nanoscience Institute integriert nach Abschluss der Doktorarbeit im Jahr 1988 und fokussierten sich nun vermehrt auf ma- zunächst ein Jahr lang zum Scripps Research terialwissenschaftliche Fragestellungen. Institute nach La Jolla (Kalifornien, USA), um Inzwischen ist das NI Lab ein wichti- dort seine Erfahrung betre昀昀end Kunststo昀昀- ger Pfeiler des SNI geworden. Es ist dank der verarbeitung in der Mikroskopie zu teilen. hervorragenden Arbeit des gesamten Teams «Dort hat es mir allerdings wegen des Ar- im SNI-Netzwerk und weit darüber hinaus beitsumfelds und der Arbeitsbedingungen zu einem begehrten Partner für alle Fragen nicht besonders gut gefallen und ich habe rund um Abbildung und Analyse geworden. mich recht schnell an der Universität Zürich Markus hat sich von Beginn an ins beworben, um dort eine Serviceabteilung für Zeug gelegt, um bis zu seiner Pensionierung Elektronenmikroskopie ins Leben zu rufen», im Jahr 2023 die Infrastruktur zu erneuern, erinnert sich Markus. das NI Lab so 昀椀t für die Zukunft zu machen Nach vier erfolgreichen Jahren in Zü- und seinem Nachfolger Dr. Marcus Wyss ei- rich, holte ihn Prof. Dr. Ueli Aebi 1993 dann nen idealen Start zu ermöglichen. «Als ich zurück nach Basel ans Maurice E. Müller 2023 pensioniert wurde, waren alle Geräte Institut, um dort das Zentrum für Mikros- jünger als 10 Jahre und mit einem hervorra- kopie Basel (ZMB) als Service-Plattform für genden neuen Transmissions-Elektronenmi- biologische Untersuchungen und Fragestel- kroskop kann das NI Lab allen Ansprüchen lungen aufzubauen. «Das war eine tolle Zeit», in den Materialwissenschaften gerecht wer- erinnert sich Markus. «Wir hatten so gut wie den», berichtet er. alles an Mikroskopen, was es damals gab. Das Highlight war das schnellste konfokale «Als ich 2023 pensioniert wurde, Mikroskop der Welt – mit 240 Bildern pro - Sekunde.» waren alle Geräte im Nano Ima ging Lab jünger als 10 Jahre.» Dr. Markus Dürrenberger SNI INSight Dezember 2023 11
Enthusiastischer Tüftler und Lehrer So lag er 2022 nach einem Unfall in den Bergen auf dem Im Interview mit Markus Dürrenberger wird schnell klar, OP-Tisch im Unispital. Der operierende Chirurg lachte wie er für die Mikroskopie brennt und wie ihn die techni- ihn mit einem «Ich kenne Sie» an und berichtete darauf- schen Aspekte seiner Arbeit begeistert haben. Während hin, dass er vor vielen Jahren den Mikroskopie-Blockkurs seines gesamten Berufslebens war es ihm nicht genug, bei ihm belegt hatte und sich noch lebhaft und positiv existierende Geräte oder Methoden anzuwenden. Sobald daran erinnern konnte. er die Bedienung einer Maschine intus hatte, begann er sie zu modi昀椀zieren, zu verbessern und zu erweitern. Weiterhin keine Langeweile So entwickelte er Kühlsysteme für die Mikro- Nach seiner Pensionierung übernehmen jetzt andere skope, die später dann auch von den Hersteller昀椀rmen diese Aufgaben. Markus Dürrenberger bleibt aber weiter- übernommen wurden. Und auch Präparationsmaschinen hin sehr aktiv. Für das SNI arbeitet er stundenweise mit basieren auf seinen Vorarbeiten und Neuerungen. Von dem Museum Burghalde in Lenzburg zusammen, um in einem sogenannte «Glow discharger», der mit Hilfe von die Dauerausstellung nanowissenschaftliche Aspekte zu Plasma Ober昀氀ächen hydrophil macht, hat er selbst 100 integrieren. Daneben setzt sich Markus weiterhin in der Stück gebaut und an Kolleginnen und Kollegen weltweit Pensionskasse Basel-Stadt ein und kandidiert dort für den verteilt. «Mir hat es immer wieder grosse Freude bereitet, Verwaltungsrat. eine technische Herausforderung zu meistern und uns Und dann hat Markus noch eine Familie und damit die Arbeit zu erleichtern – wobei ich natürlich diverse Hobbies. Vier erwachsene Söhne und seine lang- immer die exzellente Unterstützung der mechanischen jährige Partnerin Dominique freuen sich, wenn er nun und elektrischen Werkstatt in Anspruch nehmen durfte», etwas mehr Zeit mit ihnen verbringen kann. So gehen bemerkt Markus. sie miteinander in die Berge oder zum Tauchen ans Meer. Eine weitere Passion von Markus Dürrenberger Denn Wasser – ob als Schnee oder in 昀氀üssiger Form – ge- ist die Lehre. Generationen von Studierenden der Biolo- hören zu Markus` Leidenschaften (er war mal Schweizer gie und Medizin haben seinen 3-wöchigen Mikroskopie- Meister im 100 m Brustschwimmen). Und alle, die Markus Blockkurs absolviert und erinnern sich noch heute daran. ein bisschen kennen, wissen, dass auch sein Motorrad nicht lange stillsteht. «Wir danken Markus ganz herzlichen für seinen Einsatz, gratulieren ihm zur Ehrenmitgliedschaft und freuen uns, dass er dem SNI-Netzwerk auch weiterhin verbunden bleibt.» Nano Fabrication Lab Die Serviceeinheit wächst Zwei neue Mitarbeitende sind im November 2023 zum Team des Nano Fabrication Labs gestossen. Juri Herzog und Xavier Wildermuth unterstützen von nun an Dr. Gerard Gadea und Arnold Lücke. Zusammen werden die vier Mitarbeitenden die Serviceleistungen im Bereich Nanofabrikation weiter ausbauen. Das im Sommer 2022 gegründete Nano Fabrication Lab nen. Sie arbeiten beide zu 60% und freuen sich auf die neu- (NF Lab) bietet Forschungsgruppen und Partnern aus der en Herausforderungen im Bereich der Nanofabrikation. Industrie umfassende Dienstleistungen und Unterstüt- Juri hat zunächst eine Uhrmacher-Ausbildung ab- zung im Bereich der Nanofabrikation. Um die Gruppe solviert und dann während der Beschäftigung bei Oris ein zu stärken und der gesteigerten Nachfrage gerecht zu Masterstudium in Mikro- und Nanotechnologie begonnen. werden, bekamen der Leiter des NF Labs, Dr. Gerard Ga- Es folgte ein Wechsel ans CSEM, wo Juri die Masterarbeit dea, und der bisher einzige Techniker Arnold Lücke nun schrieb und dann neun Jahre lang als Techniker:in tätig Unterstützung. war. Über eine CAS-Weiterbildung hat sich Juri auch einen Juri Herzog und Xavier Wildermuth haben ihre vertieften Einblick in Themenschwerpunkte wie Umwelt Anstellung im NF Lab-Team am 1. November 2023 begon- und Entwicklung verscha昀昀t und diesen genutzt, um zeit- SNI INSight Dezember 2023 12
Weitere Informationen: Nano Fabrication Lab https://nanoscience.unibas.ch/ de/services/nano-fabrication- lab/ Das Team des Nano Fabrication Labs ist jetzt zu viert und freut sich auf zahlreiche Aufgaben im Bereich der Nanofabri- kation. Von links nach rechts: Gerard Gadea, Arnold Lücke, Juri Herzog und Xavier Wildermuth. weise bei einer grösseren NGO zu arbeiten. «Ich bin vielseitig interessiert und schätze es, mich kontinuierlich weiter zu bilden und neuen Herausforderungen zu stellen. Die An- stellung am SNI ist ein weiterer spannender Schritt in meinem Leben», kommentiert Juri. Xavier hat in Basel Nanowissen- schaften studiert. Seine Masterarbeit hat er im Labor von Dr. Thomas Braun geschrieben und dabei einen Teil eines modularen Mi- kro昀氀uidsystems entwickelt, mit dem sich Proben stabilisieren lassen, die für die Kryo- Elektronenmikroskopie vorbereitet werden. Das Team des Nano Fabrication Labs arbeitet im Rein- Xavier verfügt über breite Erfahrung im Be- raum am Departement Physik der Universität Basel. reich Mikroskopie und hat gezeigt, dass er sich schnell in neue Aufgaben einarbeiten und Verantwortung übernehmen kann – bei- spielsweise als stellvertretender Managing Director einer Event-Agentur. «Ich freue «Wir begrüssen die beiden mich, dass ich nun die Chance habe, meine neuen Mitarbeitenden im Nano Wissbegier und O昀昀enheit für Neues auch in der Nanofabrikation einsetzen zu können», Fabrication Lab und wünschen sagt Xavier zu der neuen Herausforderung. ihnen einen guten Start.» SNI INSight Dezember 2023 13
Weitere Zurück zu den Wurzeln Informationen: Video Die ehemalige Nanostudentin Anne Géraldine https://youtu.be/4nbXd3jKkZ0 Guex kommt als Professorin zurück nach Basel Uni News https://www.unibas.ch/ de/Aktuell/News/Uni-Info/ Ab 2024 wird die Straumann-Assistenzprofessorin Dr. Anne Neue-Assistenzprofessorin-fuer- Orale-Implantologie.html Géraldine Guex Mitglied im SNI-Netzwerk. Das Besondere daran? UZB Sie gehörte schon bei Gründung des SNI dazu – als Studentin https://www.uzb.ch/ forschung/mitarbeitende- der Nanowissenschaften. Jetzt wird sie selbst Studierende der forschung/ Nanowissenschaften betreuen und sich aktiv an vom SNI unter- stützten Forschungsprojekten beteiligen. Ihr Fokus liegt dabei auf Forschung in der oralen Implantologie. Dank verschiedener Tätigkeiten in Bereichen wie Tissue Engineering und Biomateria- lien ist sie bestens vorbereitet, neue Methoden zu entwickeln, die später in der Klinik zum Wohl von Patientinnen und Patienten eingesetzt werden können. Géraldine Guex ist seit April 2023 Assistenzprofessorin für Orale Implantologie am Universitären Zentrum für Zahn- medizin Basel (UZB). Nach der Schulzeit in Fribourg wollte Géral- aufgehoben zu sein, da ich schon immer ger- dine Guex eigentlich Medizin studieren. Sie ne getüftelt und geforscht habe», erinnert sie besuchte den Bachelor-Infotag an der Univer- sich. sität Basel, um sich über das Studium zu in- formieren. Dabei merkte sie aber, dass ihr bei Guter Start bei Nano der Medizin der Forschungsaspekt fehlte und So schrieb sich Géraldine 2003 für das Studi- auch ihr Bauchgefühl für eine Entscheidung um der Nanowissenschaften ein und gehörte zugunsten der Medizin nicht ganz stimmte. damit zum zweiten Jahrgang des interdiszi- So informierte sie sich auch bei dem damals plinären, anspruchsvollen Studiengangs, der ganz neuen Studiengang Nanowissenschaf- erst 2002 innerhalb des damaligen Nationalen ten. «Am Nanostand fühlte ich mich sofort Forschungsschwerpunkt Nanowissenschaf- angesprochen. Es waren sehr sympathische ten gegründet worden war. Rückblickend Leute und ich hatte den Eindruck, dort gut fällt ihr vor allem der gute Zusammenhalt 14 SNI INSight Dezember 2023
und die gegenseitige Unterstützung ein. «Wir haben uns immer zum «konstruktiven Kuchenessen» getro昀昀en», erzählt sie. «Also die Übungen zu den Vorlesungen mit etwas Schönem verknüpft.» Auch der relativ lockere Um- gang mit den Professorinnen und Professoren ist ihr im Gedächtnis geblieben. «Es war zwar alles neu, hier und da auch ein bisschen chaotisch, aber wir wurden überall akzeptiert und integriert und hatten auch eine Menge Freiraum.» Fokus auf Chemie und Bio Von Beginn lag ihr Interesse vor allem bei Fragestell- lungen aus der Chemie und Biologie und so schrieb sie ihre Masterarbeit über Tissue Engineering in der Gruppe von Professor Dr. Ivan Martin, Leiter des Departements Biomedizin der Universität Basel. Das Interesse und die Faszination für die Herstellung künstlicher Gewebe hat sie seither nicht mehr losgelassen. Während sie in ihrer Masterarbeit Methoden untersuchte um Knorpelgewebe im Labor zu züchten, fokussierte sie sich bei ihrer anschliessenden Doktorar- Die Betreuung von Studierenden unterschiedlicher Disziplinen gehört beit an der Universität Bern auf Muskelzellen. «Wir ha- mit zu den Kernaufgaben von Géraldine Guex. ben dabei eine geeignete Matrix entwickelt, um aus dem Knochenmark stammende sogenannte mesenchymale Stammzellen als Implantat nach einem Infarkt auf dem Für Géraldine folgten dann drei Jahre als Research Scien- Herzmuskel einsetzen zu können», berichtet Géraldine. tist am AO Research Institute in Davos. Sie arbeitete dort Sie setzte diese Forschung als Postdoktorandin an der mit dem Startup mimiX zusammen und untersuchte, wie Empa noch ein Jahr lang fort, bevor sie mit einem SNF akustische Wellen die dreidimensionale Orientierung von Fellowship für zwei Jahre ans Imperial College nach Lon- Zellen innerhalb eines Hydrogels beein昀氀ussen. Zudem don ging, um dort leitfähige Polymere für das Knochen- war die mechanische Stimulation von bestimmten Zellen gewebe-Engineering zu untersuchen. des Immunsystems (Makrophagen) und von Stammzellen aus dem Knochenmark ein Forschungsgebiet, dem sich Géraldine widmete. Dabei ging es vor allem darum, an «Ich habe gelernt, mit Fachleuten ganz in vitro Modellen zu erforschen, wie sich beispielsweise Bewegung auf den Heilungsprozess nach einem Knochen- verschiedener Disziplinen zu kommu- bruch auswirkt. nizieren, andere Ideen zu respektieren Als Stiftungsprofessorin zurück nach Basel und davon zu pro昀椀tieren.» Zwar hat sich Géraldine bei der Studienwahl für Nanowis- senschaften und gegen Medizin entschieden, dann aber Prof. Dr. Géraldine Guex in ihrem beru昀氀ichen Werdegang immer medizinischen Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel UZB Themen zugewendet. So lag es auf der Hand auch beim nächsten Karriereschritt diese Richtung weiter zu verfol- gen und so bewarb sich Géraldine im Jahr 2022 an der Universität Basel auf eine vom Basler Unternehmer Dr. Verschiedene Methoden für eine bessere Heilung h.c. Thomas Straumann gestiftete Assistenzprofessur für Nach zwei Jahren in London kehrte Géraldine an die Orale Implantologie. Sie konnte sich gegen ihre Mitbe- Empa zurück und erforschte antibakterielle Wundau昀氀a- werberinnen und Mitbewerber durchsetzen und im April gen. Dabei waren es vor allem verschiedene Peptide und 2023 am Universitären Zentrum für Zahnmedizin Basel Galliumkomplexe, die sie als mögliche Wirksubstanzen (UZB) die Professur antreten. gegen bakterielle Infektionen untersuchte. Zudem eva- «Basel ist natürlich als Stadt sehr attraktiv und luierte sie in Zusammenarbeit mit dem Laboratory of die Bereiche Biomaterialien und Tissue Engineering ge- Organic Electronics (Universität Linköping) eine kontrol- hören zu den Themengebiete, mit denen ich mich bereits lierte Protonenpumpe, mit deren Hilfe der pH-Wert in seit Jahren beschäftige. Ich hatte zwar bisher keinen Be- der Wunde präzise geregelt werden und damit einen für zug zur Zahnmedizin, aber ich kenne mich gut aus mit die Wundheilung idealen leicht sauren Wert erreichen organischen, anorganischen Materialien und den biolo- kann. gischen Grundlagen, die es für die geplanten Projekte braucht,» beschreibt Géraldine Guex. SNI INSight Dezember 2023 15
Gruppe im Aufbau «In unserem Projekt in der SNI-Dokto- Zurzeit betreut sie eine Masterstudentin und zwei Dok- randenschule geht es darum, die In- torandinnen aus der Zahnmedizin. Die Gruppe wird aber noch weiter wachsen. So kann sie zurzeit je eine teraktionen zwischen Materialien und oder einen Doktorierenden, Biolaboranten und Postdoc Zellen mit neuen Methoden zu untersu- einstellen. Mit diesem Team plant Géraldine komplexe chen und auf der molekularen Ebene zu dreidimensionale in vitro Modelle zu entwickeln, die beispielsweise im unteren Teil aus Knochengewebe und verstehen.» im oberen Teil aus Weichgewebe bestehen. Anhand der- artiger Modelle liesse sich die Interaktion eines Zahn-, Prof. Dr. Géraldine Guex Knochen- oder Gewebeimplantats mit dem Körper Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel (UZB) untersuchen und zum besseren Verständnis der Wund- heilungsprozesse beitragen. Auch die Optimierung der Ober昀氀ächeneigenschaften eines Zahnimplantats mittels Bildung von Knochenzellen zu untersuchen. «Wir möch- Mikro- und Nanofabrikation liesse sich mit einem derar- ten verstehen, welchen Ein昀氀uss die Struktur der Ober昀氀ä- tigen Modell einfacher vorantreiben. chen auf die Protein- oder Peptidadsorption hat und wie Zudem plant Géraldine mit ihrer Gruppe per- sich eine spezi昀椀sche Grenz昀氀äche auf die Di昀昀erenzierung sonalisierte Behandlungsmethoden bei Implantationen von knochenbildenden Stammzellen auswirkt. In diesem im Mundraum zu erforschen. «Die heute angewendeten Projekt geht es vor allem auch darum, die Interaktionen Methoden in der oralen Implantologie sind vor allem für zwischen Materialien und Zellen mit neuen Methoden zu gesunde Patientinnen und Patienten optimiert», erklärt untersuchen und auf der molekularen Ebene zu verste- sie. «Wenn aber jemand mit Diabetes und einer einge- hen», erläutert Géraldine. schränkten Wundheilung ein Implantat bekommt, füh- Zusammen mit ihrer UZB-Kollegin PD Dr. Nadja ren Standardmassnahmen oft nicht zu den erwünschten Rohr ist Géraldine ab 2024 auch an einem Nano-Argovia- Ergebnissen.» Hier könnte beispielsweise aus eigenen Projekt beteiligt. Im Team mit den Projektpartnern Stammzellen gezüchtetes Gewebe die De昀椀zite der kör- von der Hochschule für Life Sciences FHNW sowie dem pereigenen Wundheilung ausgleichen und die Chancen, Institut Straumann werden die Wissenschaftlerinnen dass die Implantation auch langfristig erfolgreich ist, untersuchen, wie die optimale Ober昀氀äche von Zahnim- deutlich erhöhen. plantaten aus Zirkonoxid bescha昀昀en sein muss, damit Zusammen mit Professor Dr. Michael Nash vom diese gut einheilen. Departement Chemie betreut Géraldine ab 2024 eine Doktorarbeit in der SNI-Doktorandenschule, die darauf Interdisziplinäre Ausbildung zahlt sich aus zielt synergistische E昀昀ekte von Nanoober昀氀ächen und im- Géraldine Guex freut sich auf die vor ihr liegenden Auf- mobilisierten Peptiden auf polymeren Substraten auf die gaben und die Zusammenarbeit mit Forschenden ganz unterschiedlicher Disziplinen. Es hilft ihr, dass sie bereits im Studium «in einem interdisziplinären Umfeld einge- bettet war», wie sie sagt. «Ich habe gelernt, mit Fachleu- ten ganz verschiedener Disziplinen zu kommunizieren, andere Ideen zu respektieren und davon zu pro昀椀tieren», erläutert sie. Géraldine Guex hat Basel mit einem Masterab- schluss in Nanowissenschaften 2008 verlassen und ist jetzt als Professorin zurückgekehrt. Sie würde auch heu- te wieder «Nano» studieren, denn das Studium hat ihr ermöglicht, ihren Traum, den sie als Schülerin hatte, zu verwirklich: Forschung an medizinischen Themen. «Wir freuen uns sehr, Géraldine Guex nun als Projektleiterin in unserem Netz- werk zu begrüssen und sind gespannt auf SNI-Projekte mit ihrer Beteiligung.» Géraldine Guex freut sich auf die beiden vom SNI 昀椀nanzierten Projekte, die sie ab 2024 betreuen wird. SNI INSight Dezember 2023 16
Projekte im Quantum Transitional Call Beteiligung von SNI-Mitgliedern In der zweiten Hälfte des Jahres 2023 starteten vier Projekte in der Quantenfor- schung mit Beteiligung von SNI-Mitgliedern, die im «Quantum Transitional Call» des Schweizerischen Nationalfonds ausgeschrieben worden waren. Für die Forschenden des Departements Physik der Universität Basel ermöglicht diese Unterstützung eine Fortführung ihrer unterschiedlichen Forschungsansätze, die teilweise vorher durch EU-Förderprogramme unterstützt worden waren. Zwar ist die Förderung kein Ersatz - für die Teilnahme an europäischen Förderprogrammen, sie mildert jedoch die Konse quenzen des Ausschlusses Schweizer Forschungsgruppen teilweise ab. Auf dem Weg zu Quantennetzwerken Quantenpunkte und atomare Dampfzellen Quantennetzwerke werden weltweit von zahlreichen Die Gruppe von Richard Warburton hat bereits gezeigt, Forschungsgruppen untersucht, da sie vielfältige An- dass Halbleiter-Quantenpunkte einzelne Photonen in wendungen versprechen wie die Verknüpfung von Quan- einer hohen Rate und mit einer exzellenten spektralen tencomputern oder Quantensensoren, die abhörsichere Reinheit aussenden können. In dem im September 2023 Quantenkommunikation oder auch die Untersuchung gestarteten Projekt «SQnet» werden die Forschenden von Vielteilchensystemen. Der Aufbau von komplexen nun neuartige Quantenpunkte verwenden, die Photo- Quantennetzwerken ist jedoch eine grosse technologi- nen einer bestimmten Wellenlänge aussenden, die mit sche Herausforderung, die bisher noch nicht gemeistert Rubidium-Atomen kompatibel ist. Als Speicher verwen- wurde. den die Forschenden die im Treutlein-Team entwickelten atomaren Dampfzellen. «Das sind mit Rubidium-Gas Verknüpfung der Expertise gefüllte Glaskolben, die im Gegensatz zu anderen Quan- Eine Plattform zur Entwicklung derartiger Quanten- tenspeichern auch bei Raumtemperatur arbeiten und netzwerke planen Forschende um die Basler Professoren nicht in einem Kryostaten stark heruntergekühlt werden Philipp Treutlein und Richard Warburton zusammen mit müssen – was für die Hochskalierung auf ein komplexes Kolleginnen und Kollegen vom CSEM Neuchâtel aufzu- Netzwerk wichtig ist», erklärt Philipp Treutlein. bauen. Die Forschenden konnten bereits anhand eines Die Forschenden setzen dabei auf eine Plattform, Quantenspeichers zeigen, dass das Prinzip funktioniert. deren Hochskalierung aus technologischer Sicht mach- Für ein komplexeres Netzwerk ist jedoch eine Miniaturi- bar erscheint. So verknüpfen sie für jeden Knotenpunkt sierung erforderlich. Die bisher verwendeten Glaszylinder des Netzwerks eine Quelle für einzelne Photonen, die In- sind jeweils einige Zentimeter gross und werden einzeln formation transportieren, mit einem Photonen-Speicher. von einem Glasbläser hergestellt. Dank der Expertise in Die Photonen werden in eine quantenmechanische Über- Miniaturisierung, Nanofabrikation und Nanophotonik lagerung gebracht, deren einer Teil gespeichert wird, der beteiligten Kolleginnen und Kollegen vom CSEM kön- während der andere Teil die Information an die nächsten nen die Quantenspeicher nun deutlich verkleinert und Knotenpunkte weiterleitet, um Verschränkung im Netz- ihre Herstellung automatisiert werden. werk zu erzeugen. Hintergrundinformation In dem internationalen Forschungsprogram Horizon daher der Quantum Transitional Call ausgeschrieben, Europe gilt die Schweiz zurzeit als nicht-assoziiertes um Forschenden, die an Programmen zur Quantenfor- Drittland. Forschende von Schweizer Forschungsinstitu- schung von Horizon Europe beteiligt waren, eine Fort- tionen sind damit von vielen Forschungsprogrammen führung ihrer Forschungsprojekte zu ermöglichen. Fünf der EU ausgeschlossen worden. Das Schweizer Staats- SNI-Mitglieder vom Department Physik der Universität sekretariat für Bildung, Forschung und Innovation hat Basel sind an erfolgreichen Projekten beteiligt, die in daraufhin den Schweizer Nationalfond beauftragt, eine der zweiten Hälfte des Jahres 2023 starteten und För- Übergangslösung zu erarbeiten. Im Jahr 2022 wurde derung über einen Zeitraum von vier Jahren erhalten. SNI INSight Dezember 2023 17
Weitere Informationen: Interview mit den erfolgreichen Professor:innen der Universität Basel https://www.unibas.ch/de/ Universitaet/Administration- Services/Vizerektorat- Forschung/Grants-Office/ Grants-Office-News/Grants- Office-Newsletter-2023-7/ Quantum.html Forschungsgruppe Philipp Treutlein https://atom.physik.unibas.ch/ en/research/ Forschungsgruppe In jedem Knotenpunkt des Quantennetzwerk soll eine Photonenquelle mit einem Quantenspeicher verknüpft werden. Richard Warburton Verschränkte Photonen sorgen dann für die Übermittlung der Information. (Abbildung: Departement Physik, Universität https://nano-photonics.unibas. Basel) ch Beitrag Physics «Siebenhundert dieser Dampfzellen konnten Sensoren für supraleitende Quantenbits World unsere Partner am CSEM bereits auf einem Für die Gruppe von Prof. Dr. Martino Poggio https://physicsworld.com/a/ Wafer produzieren», berichtet Philipp Treut- erlaubt die erhaltene Förderung die Fort- rubidium-vapour-makes-a- good-quantum-memory/ lein. «Wenn wir diese winzigen Quanten- setzung der Forschung auf dem Gebiet von speicher verwenden, werden die einzelnen Quantensensoren für supraleitende Quan- Forschungsgruppe Knoten des Netzwerks deutlich kleiner tenbits. Zwei Doktorierende und ein Postdoc Martino Poggio und wir können so theoretisch grössere treiben ab Dezember 2023 die vielverspre- https://poggiolab.unibas.ch Netzwerke aufbauen. Denkbar ist ebenfalls, chenden Forschungsarbeiten des Poggio Forschungsgruppe einzelne Knoten mit mehreren Dampfzellen Labs auf dem Gebiet der rastersondenmikro- Patrick Maletinsky auszustatten und so die zu verarbeitende skopischen Bildgebung voran. https://quantum-sensing. Datenmenge zu vergrössern. Allerdings gibt Die Forschenden werden in dem physik.unibas.ch/en/ es noch eine Menge zu untersuchen, bevor Projekt «SuperSQUID» supraleitende Qubits wir soweit sind.» Am Departement Physik untersuchen, da diese als vielversprechende Forschungsgruppe werden zwei Doktorierende und ein Postdoc Plattform für die Realisierung eines Quan- Andrea Hofmann diese Arbeiten vorantreiben. tencomputers von grossen Unternehmen https://hofmannlab.physik. unibas.ch/en/ wie Google und IBM verwendet werden. Es Anpassung der Wellenlänge gibt bereits funktionierende Designs mit bis Eine weitere Herausforderung für die For- zu hundert Qubits. Jedoch erfordert die Ver- schenden sind die verwendeten Glasfasern, wendung einer weit grösseren Zahl, wie sie welche die Knoten verbinden. Wenn die für einen funktionierenden Quantencompu- Übertragung der Daten über grössere Distan- ter erforderlich ist, ein besseres Verständnis zen erfolgen soll, muss sich die Wellenlänge von Defekten und Schwachstellen – sowohl der Photonen in dem Bereich bewegen, der im Material wie auch im Design der supralei- von existierenden Telekom-Fasern verwen- tenden Schaltkreise. det wird. Die bisher untersuchten Spektral- linien besitzen jedoch nicht die geforderten Defekten auf der Spur Wellenlängen. In dem skalierbaren System Die im Poggio-Team untersuchten supra- müssen die Forschenden daher noch einen leitenden Qubits werden zu einem grossen photonischen Chip integrieren, der eine Teil von Kolleginnen und Kollegen der ETH Konvertierung der Wellenlänge ermöglicht. Zürich aus dünnen Lagen von Aluminium So werden die roten Photonen des existie- und Niobium oder Tantal hergestellt. Das renden Systems dann mit einem infraroten Poggio-Team nutzt die hochemp昀椀ndliche Pumplaser kombiniert, damit sie Photonen Rastersonden-Bildgebung mit supraleiten- generieren, die für die Telekom-Netze geeig- den Quanteninterferenzgeräten (SQUIDs) an net sind – und dies so, dass jedes einzelne der Spitze der Sonde um auftretende Proble- Photon in genau ein Photon der geforderten me, die bei der Hochskalierung der Anzahl Wellenlänge umgewandelt wird. von Qubits entstehen, zu identi昀椀zieren, zu lokalisieren und schliesslich zur deren Lö- sung beizutragen. 18 SNI INSight Dezember 2023
Zurzeit sind die Forschenden vom Departement Physik in Nutzung von Elektronen- und Kernspins der Lage Untersuchungen der Qubits im Kryostaten bei Die Spins in Diamanten erscheinen den Forschenden 300 Millikelvin durchzuführen. «Mithilfe des SuperSQUID- besonders vielversprechend, da sie bei Raumtemperatur Projekts werden wir unser Kühlsystem aufrüsten kön- arbeiten und sich bereits als robuste Sensoren erwiesen nen, sodass wir bis zu Temperaturen von 10 Millikelvin haben. In den NV-Zentren kreisen je sechs Elektronen, herunterkühlen können», berichtet Dr. Floris Braakman, deren Eigendrehimpulse (Spin) sehr emp昀椀ndlich auf der im Poggio-Team für das Projekt verantwortlich ist. elektrische und magnetische Felder in der Umgebung re- «Die supraleitenden Qubits arbeiten normalerweise bei agiert und die sich gemeinsam wie ein winziger Magnet diesen tiefen Temperaturen. Daher ist es für uns wichtig, verhalten. Die Elektronen werden angeregt und senden mit unserem Raster-SQUID-Mikroskop auch bei diesen dann einzelne Photonen aus, die Information über den Bedingungen arbeiten zu können», fügt er hinzu. Zudem Zustand des Spins und damit über die elektrischen und planen die Forschenden ein Hochgeschwindigkeits-Mik- magnetischen Felder liefern. roskop zu realisieren, mit dem sich schnelle Änderungen Für die geplante Temperaturmessung planen erfassen lassen. die Forschenden Rastersonden mit einer konischen Dia- Die Forschenden werden auf diese Weise im mantspitze zu verwenden, deren Durchmesser am Ende Laufe der nächsten vier Jahre räumliche Karten der Mate- nur etwa 10 Nanometer beträgt und die an der Basis zahl- rialdefekte erstellen, magnetische Felder und den Strom- reiche NV-Zentren enthält. Da Diamant Wärme sehr gut 昀氀uss sowie Verluste in den supraleitenden Schaltkreisen leitet, hat die mit der winzigen Spitze «ertastete» Tempe- abbilden. Die Daten werden helfen die Mechanismen des ratur einen Ein昀氀uss auf die Wechselwirkungen zwischen Verlusts der Quanteneigenschaften, der sogenannten den Elektronen der NV-Zentren. Für jedes einzelne NV- Dekohärenz, besser zu verstehen und Empfehlungen für Zentrum spielen diese Wechselwirkungen keine beson- verbessertes Design der Schaltkreise sowie des Herstel- ders grosse Rolle – was sie bei anderen Anwendungen so lungsprozesses der Quantenbits zu geben. robust macht. Wenn jedoch zahlreiche dieser NV-Zentren vereint sind, lässt sich diese thermische Ausdehnung des Mit Diamanten Rotation und Temperatur messen Diamantkristalls zur Temperaturbestimmung verwen- Winzige Diamanten mit Fehlstellen (Sticksto昀昀-Vakanzzen- den. Die Forschenden erwarten, dass sie mit dem geplan- tren) haben sich über die letzten Jahre als hochemp昀椀ndli- ten Setup eine örtliche Au昀氀ösung im Bereich von 10 bis che, leistungsstarke Quantensensoren für elektrische und 20 nm erzielen können. magnetische Felder etabliert. Mithilfe des Spins einzelner Um Rotationen präzise zu erfassen, eignen sich Elektronen, die in den Vakanzzentren kreisen, lassen sich Elektronenspins nur bedingt, da sie zu emp昀椀ndlich auf auch Temperaturen präzise bestimmen. Die Analyse des magnetische Felder reagieren. Die Spins der Atomkerne Drehimpulses der Atomkerne dagegen kann zur Messung (Kernspins) sind jedoch besser geeignet. Sie sind weniger von Rotationen hinzugezogen werden. emp昀椀ndlich gegenüber äusseren Magnetfeldern, lassen In dem Projekt ensQsens werden Forschende sich jedoch auch optisch adressieren, wie Maletinskys von der Universität Basel, dem Swiss Center for Electro- Gruppe letztes Jahr zum ersten Mal zeigen konnte. Daher nics and Microtechnology in Neuchatel (CSEM) und dem untersucht das Team zusammen mit den Projektpartnern Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux in einem anderen Teilbereich des Projekts den Einsatz von (CNRS, Villetaneuse, Frankreich) derartige Quantenther- Kernspins in Diamanten als Rotationssensoren. Diese sol- mometer und Rotationssensoren entwickeln und ihre len zusammen mit den Projektpartnern am CSEM in ein Miniaturisierung und Integration in zentimetergrosse kompaktes Gehäuse integriert werden und könnten so in Gehäuse anstossen. Die Anwendbarkeit und Verbreitung Zukunft in der Navigation und Stabilisierung von selbst- dieser Quantensensoren werden mit dem Projekt, das im fahrenden Fahrzeugen oder Drohnen eingesetzt werden. Oktober 2023 startete, weiter vorangetrieben. In der Gruppe von Professor Dr. Patrick Male- Qubits aus Graphen tinsky vom Departement Physik, der das Projekt leitet, In einem weiteren Projekt war Prof. Dr. Andrea Hofmann werden zwei Doktorierende und ein Postdoc daran als Co-Antragstellerin erfolgreich. In dem von Prof. Dr. arbeiten. Im Team mit dem CSEM und CNRS werden Thomas Ihn (ETH Zürich) geleiteten Projekt «GraQua- die Forschenden die Verwendung von Ensembles von DotQb» wird sie mit ihrer Gruppe untersuchen, wie Sticksto昀昀-Vakanzzentren (NV-Zentren) zur Sensorik in sich Quantenpunkte in gekoppelten Graphenschichten sich ergänzenden Richtungen verfolgen. Zum einen bilden lassen. In Zusammenarbeit mit den Forschenden entwickeln sie auf Grundlage von Kernspin-Ensembles der ETH Zürich erforscht das Hofmann-Team dann die in Diamanten ein neuartiges Rotationsmessgerät, das in zweischichtigen Graphen-Quantenpunkte als Träger für tragbaren Navigationsgeräten eingesetzt werden könnte Spin-, Valley- oder Spin-Valley-Qubits. und präziser sowie robuster als bisherige Rotationssenso- ren arbeiten könnte. Zum anderen zielt ihre Forschung Zurzeit spielt bei Andrea Hofmann jedoch ein noch span- auf die Herstellung eines winzigen Thermometers, das nenderes Projekt eine zentrale Rolle. Andrea ist Mitte auf Elektronenspin-Ensembles basiert und beispielsweise Oktober nämlich Mutter geworden. Wir gratulieren ganz in der Elektronik Anwendung 昀椀nden könnte. herzlich und wünschen ihr und der kleinen Familie alles Gute! SNI INSight Dezember 2023 19
Gastbeitrag Alexa Dani Rückblick auf die INASCON 2023 Eine von Studierenden organisierte «Reise» Die Reise der INASCON (International NAnoscience Student CONference) begann 2007 in Silkeborg, Dänemark, mit einer visionären Idee: eine Konferenz von Studierenden für Studierende. Seitdem hat dieses Meeting acht Länder durch- quert und Bachelor-, Master- und PhD-Studierende aus allen Ecken Europas und darüber hinaus angezogen. Dieses Jahr war Basel vom 22. bis 25. August zum dritten Mal Gastgeber der Konferenz. Globale Zusammenarbeit Das «Internationale» in INASCON kam voll zum Tragen, als über 60 Teilnehmende von 26 Universitäten aus 15 Ländern im August 2023 in Basel zusammenkamen. Dank der grosszügigen Unterstützung unserer Sponsoren konnte INASCON neben Doktorierenden auch Studieren- de und einige Gäste willkommen heissen. Wichtig war uns dabei, dass dank 昀椀nanzieller Unterstützung alle Inte- ressierten teilnehmen konnten. Mehr als drei Viertel un- serer Teilnehmerinnen und Teilnehmer genossen ihren Aufenthalt im Hotel Odelya und knüpften Kontakte, die über das Konferenzprogramm hinausgingen. Unser Programm Die bunt gemischte Gruppe der Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Das diesjährige Programm stand ganz unter dem Motto INASCON 2023 haben die Tage in Basel sehr genossen. (Bild: Peter Dani) «Make Nano visible» (Nano sichtbar machen) und wurde von fesselnden Vorträgen renommierter Wissenschaft- lerinnen und Wissenschaftler gekrönt. Anne Géraldine Guex, Sabina Caneva und Patrick Shahgaldian teilten ihr Fachwissen und betonten die Bedeutung interdisziplinä- rer Ansätze in den Biowissenschaften. James Wootton von IBM Zürich brachte mit seinem Vortrag über «Quan- tenfehlerkorrektur» Humor in die Konferenz. Einer der Höhepunkte der INASCON war der ö昀昀entliche Vortrag von Clarice Aiello über «Quantenbiologie», der über 170 Wissenschaftsbegeisterte in seinen Bann zog und die längste Fragerunde der Konferenz auslöste. Darüber hin- aus hatten wir das Privileg, zwei Nobelpreisträger zu Gast zu haben: Kurt Wüthrich, der Einblicke in 60 Jahre For- schung auf dem Gebiet der Protein-NMR gewährte, und Morten Meldal, der die bahnbrechende Arbeit auf dem Professor Morten Meldal in sei- Professor Clarice Aiello in ihrem Gebiet der Klick-Chemie erläuterte und einen Einblick in nem Vortrag «Molecular Click öffentlichen Vortrag zum Thema die Nobelpreisverleihung gab. Adventures – A Leap from the Quantenbiologie. Sie erläuterte Shoulders of Giants». (Bild: Tania wie sich die Natur Quantenprozes- Beringer) se zunutze macht, um optimal zu «Letzte Woche hatte ich das grosse Ver- funktionieren und wie wir solche Quantenprozesse zum therapeu- gnügen, vor brillanten jungen Köpfen tischen Vorteil kontrollieren könn- auf der INASCON in Basel zu sprechen.» ten. (Bild: Tania Beringer) Professor Dr. Morten Meldal SNI INSight Dezember 2023 20
Der vom SNI gesponserte Wickel昀椀sch war während der heissen Som- Ein weiterer Programmpunkt war die Unternehmensmesse, die den mertage in Basel ein sehr geschätztes Goodie und wird seither mit sei- Teilnehmenden die Möglichkeit bot, mit führenden Branchenexperten ner leuchtend roten Farbe immer mal wieder im Rhein gesichtet. aus verschiedenen Bereichen der Nanowissenschaften in Kontakt zu treten. Sie diente als Brücke zwischen aufstrebenden Talenten und den Organisationen, die die Zukunft der Nanowissenschaften gestalten. (Bild: Tania Beringer) Unser kulinarisches Angebot war so vielfältig wie die wissenschaftlichen Diskussionen. Von Pizza bis hin zu mediterranen Köstlichkeiten war für jeden Geschmack etwas dabei. Die gastronomischen Höhepunkte waren die Überraschungseis-Pause der Gelateria di Berna und unser Konferenzdinner im «Teufelhof». Bei den Labortouren hatten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Möglichkeit, einige Forschungsgruppen in Physik, Chemie und Biologie der Universität Basel und der Fachhochschule Nordwestschweiz in Muttenz kennenzulernen. Zudem gab es für alle die Chance, Ba- sel auf einer Foxtrail-Tour, einem Besuch des Tingueley- Das Basler Organisationsteam mit Elaine Schneider, Lukas Schneider, Museums oder auf eigene Faust, ausgerüstet mit den Timon Flathmann, Alexa Dani, Luca Forrer, Rahel Kaiser, Mathias Claus Wickel昀椀schen, zu entdecken. und Valerie Bendel. Unser Motto «Make Nano visible» fand bei Bachelor-, Mas- ter- und PhD-Studierenden aller Fachrichtungen grossen «Für uns als Organisationskomitee war Anklang. In spannenden Vorträgen und der aufschluss- die Planung der INASCON über fast 12 reichen Postersession stellten sie ihre innovativen For- schungsprojekte vor. Ausgezeichnet für das beste Poster Monate hinweg eine Zeit, in der wir wurde Fabian Scheidler von der Universität Würzburg immer wieder auf Hürden stiessen. Mit und für den besten Vortrag Amir Nazemi von der FHNW Durchhaltevermögen, Kreativität und Muttenz. Die herausragenden Beiträge wurden mit Ka- meras von unserem Sponsor Nikon prämiert! Unterstützung des SNIs konnten wir Vereint in der Vielfalt diese als Team überwinden und haben Die INASCON 2023 vereinte kluge Köpfe aus verschiede- viel dazugelernt. Wir sind sehr glück- nen Forschungsbereichen, Universitäten und Kulturen. lich, dass die INASCON 2023 in Basel für Die Konferenz brachte neue Ideen, Möglichkeiten für alle Teilnehmenden ein lehrreiches und Auslandssemester, potenzielle Karrierewege und Koope- rationen hervor. Mit ihrer unterschiedlichen Herkunft spannendes Erlebnis war!» und den verschiedenen Zielen trugen alle Teilnehmen- den dazu bei, Nano sichtbarer zu machen. Organisationsteam der INASCON 2023 INASCON 2024: Die Zukunft zusammenstellen Mit Spannung erwarten wir nun das nächste Kapitel der INASCON an der Universität Twente in Enschede, Nie- Weitere Informationen: derlande. Unter dem Motto «Assembling the Future» ver- spricht die INASCON 2024 eine weitere bemerkenswerte INASCON Etappe der Erforschung und Innovation zu werden. https://inascon.org/ SNI INSight Dezember 2023 21
Weitere Unterstützung mit detailgenauen Bildern Informationen: Das Nano Imaging Lab ist begehrter Nano Imaging Lab https://nanoscience.unibas.ch/ Anlaufpunkt für Maturaarbeiten de/services/nano-imaging-lab/ Maturaarbeiten Das Team des Nano Imaging Labs liefert mit seiner Arbeit https://nanoscience.unibas.ch/ zahlreichen Firmen und Forschungsgruppen wertvolle de/services/nano-imaging-lab/ publikationen/praktikumsar- Informationen und Unterstützung für verschiedene Forschungs- beiten/ projekte. Ein paar Mal im Jahr sind es aber auch Schüler:innen, die dank der Mitarbeitenden des NI Lab interessante Fragestellun- gen bearbeiten können. Im Jahr 2023 haben vier Maturand:innen im Nano Imaging Lab gearbeitet und dort Untersuchungen für ihre Maturaarbeiten durchgeführt. Abhängig vom Material Anhand von zwei zugelassenen Desinfekti- Antoine Schneider vom Gymnasium Liestal onsmitteln stellte Antoine Schneider in seiner hat in seiner Arbeit untersucht, ob sich die Maturaarbeit nun fest, dass der Wischtest Ergebnisse des standardisierten Wischtests, bei anderen in Operationssälen zum Einsatz der innerhalb der Schweiz und der EU für die kommenden Materialien nicht immer für Zulassung von bakteriziden Ober昀氀ächendes- eine Beseitigung der Mikroorganismen sorgt. infektionsmitteln erforderlich ist, auch auf Mit Unterstützung des Teams von Prof. Dr. andere Materialien übertragen lassen. Marek Basler vom Biozentrum konnte Antoine Die Desinfektion von Ober昀氀ächen Schneider mit quantitativen, mikrobiologi- spielt eine wichtige Rolle, um Infektionen, die schen Methoden zeigen, dass Edelstahl und ein sich Patient:innen im Rahmen einer medizini- PVC-Bodenmaterial mit den getesteten Mitteln schen Behandlung zuziehen, einzudämmen. mittels des Wischtests ausreichend desin昀椀ziert Bevor ein neues Desinfektionsmittel zugelas- werden und auch ohne Behandlung bakterizi- sen wird, werden die desin昀椀zierenden Eigen- de Eigenschaften besitzen. Ein untersuchtes schaften auf einer PVC-Ober昀氀äche mithilfe Hochdrucklaminat (High Pressure Laminate) eines standardisierten Wischtests geprüft. erreichte die Anforderungen jedoch nicht. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Standard PVC, Hochdrucklaminat (HPL), Edelstahl und Boden-PVC zeigen die unterschiedlichen Ober昀氀ächenstrukturen der verschiedenen Materialien. (Bild: A. Schneider und Nano Ima- ging Lab, SNI, Universität Basel) 22 SNI INSight Dezember 2023
Die im Nano Imaging Lab mit Hilfe von Su- eine mutierte Frucht昀氀iege – aus zahlreichen Per- sanne Erpel und Dr. Monica Schönenberger spektiven zu erfassen, um die jeweiligen Proben durchgeführten Analysen mit einem Raster- möglichst komplett abzubilden. Anschliessend elektronen- und einem 3D-Laserscanning- hat er mithilfe frei zugänglicher Software (unter Mikroskop liefern Hinweise darauf, dass die anderem Alicevision Meshroom, Agisoft Metas- Desin昀椀zierbarkeit von der Ober昀氀ächenstruk- hape und OpenSFM) digitale Rohmodelle der tur abhängt. Das Hochdrucklaminat besitzt Proben generiert. Diese hat er anschliessend mit eine deutlich glattere Ober昀氀äche als die verschiedenen Programmen verbessert und ver- übrigen Materialien. Es könnte daher sein, einfacht. Um beim späteren 3D-Druck Material dass adhäsive Kapillarkräfte, die bei Rillen, einzusparen hat er die Modelle ausgehöhlt und Poren oder Furchen im Edelstahl oder PVC schliesslich in einen Ständer eingebettet sowie auftreten, die Benetzbarkeit und damit die mit Stützstrukturen versehen. Abschliessend hat Desin昀椀zierbarkeit erhöhen. er die Modelle mithilfe eines Lichtpolymerisati- onsdruckers erfolgreich gedruckt und nachbear- Druckmodelle für den Unterricht beitet. Bei diesen Arbeiten hat ihn Dr. Ludovit Yanick Samuel Bader vom Gymnasium Lies- Zweifel von der Research Instrumentation Faci- tal hat in seiner Maturaarbeit untersucht, lity vom Biozentrum tatkräftigt unterstützt. wie sich mithilfe einer dreidimensionalen Mit seiner Arbeit hat Yanick gezeigt, Rekonstruktionsmethode, der sogenannten dass sich die Fotogrammetrie zur Rekonstrukti- Fotogrammmetrie, aus rasterelektronenmik- on von 3D-Modellen aus REM-Bildern ohne spezi- roskopischen Aufnahmen 3D-Druckmodelle elle Kalibrierung eignet. Die Modelle eignen sich für den naturwissenschaftlichen Unterricht jedoch nicht für quantitative Messungen. erstellen lassen. Betreut von Daniel Mathys vom Nano Verzweigt und artspezifisch Imaging Lab hat Yanick Bader zunächst raster- Jana Egli vom Gymnasium Oberwil hat in ih- elektronischenmikroskopische Aufnahmen rer Maturaarbeit die Adersysteme von Bienen-, unterschiedlicher Objekte angefertigt. Dabei Wespen- und Hummel昀氀ügeln untersucht und hat er versucht die gewählten Beispiele – ei- verglichen. nen Kamerasensor sowie eine normale und Flügeladern spielen eine wichtige Rolle für Haut昀氀üglern wie Bienen, Wespen oder Hum- meln. Die Adern bilden ein Netz aus Längs- und Queradern und tragen zur strukturellen Sta- bilität des Flügels bei. In den Adern verlaufen Nerven, die wichtige Informationen von mecha- nischen Rezeptoren, die als winzige Härchen auf der Flügelober昀氀äche wachsen, weiterleiten. Zudem dienen die Adern als Transportweg für die Hämolymphe, die das Tier mit Nährsto昀昀en und Flüssigkeit versorgt, und den Flügel vor dem Austrocknen schützt. Jana Egli hat je fünf vordere rechte Flü- gel von Honigbienen, Gemeinen Wespen und Erdhummeln mit einem Rasterelektronenmik- roskop untersucht und diese dann auch mit den jeweils linken Flügeln verglichen. Sie stellte dabei fest, dass sich die Ader- muster innerhalb einer Art nicht wesentlich un- terscheiden, es zwischen den drei Arten jedoch recht grosse Unterschiede im Muster gibt. Vor al- lem beim Wespen昀氀ügel fällt auf, dass die Flügel- ober昀氀äche der Adern geri昀昀elt ist, während die Adern der Bienen und Hummel昀氀ügel eine glatte Ober昀氀äche besitzen. Jana konnte anhand der Bil- der auch belegen, dass die beiden Vorder昀氀ügel eines Tieres jeweils vertikale Spiegelbilder sind Modell eines Frucht昀氀iegenkopfes mit und ohne Stütz- und dass die Grösse der Flügel mit der Grösse des strukturen basierend auf rasterelektronenmikroskopi- Insekts korreliert. schen Aufnahmen. (Bild: Y. S. Bader) SNI INSight Dezember 2023 23
Adermuster einer Honigbiene, einer Gemeinen Wespe und einer Hummel. (Bild: J. Egli und Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) Struktur der Flügelober昀氀äche beim Adersystem einer Honigbiene, einer Gemeinen Wespe und einer Hummel. (Bild: J. Egli und Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) «Geigenspiel» der Steppengrille chen Steppengrille untersucht und deren Ein昀氀uss auf die Tim Zimmerli vom Gymnasium Münchenstein hat in Frequenz des Lockgesangs ermittelt. Dabei stellte er fest, seiner Maturaarbeit verschiedene Ein昀氀üsse auf den dass die Breite der Schrillzähnchen entgegen seiner Hy- Lockgesang von Steppengrillen analysiert und erhielt pothese einen sehr geringen Ein昀氀uss auf die dominante dabei unter anderem Unterstützung vom Team des Nano Frequenz des Gesangs hat. Imaging Labs. Die männlichen Grillen erzeugen ihren Lockge- «Für mich war die Arbeit am Raster- sang für die Weibchen, indem sie spezielle Strukturen an elektronenmikroskop ein Highlight ihren Flügeln, die sogenannten Schrillkanten des einen Flügels über die mit zahlreichen Zähnchen versehene meiner Maturaarbeit.» Schrilleiste des anderen Flügels streichen. Tim Zimmerli hat in dem Teil seiner Arbeit, der Tim Zimmerli über die Unterstützung vom Nano Imaging Lab unterstützt wurde, die Anzahl, von Evi Bieler und Dr. Monica Schönenberger Struktur und Breite der Schrillzähnchen einer männli- vom Nano Imaging Lab Gut zu erkennen ist die Schrillleiste mit den zahlreichen Zähnchen auf einem Flügel des Steppengrille. (Bild: T. Zimmerli und Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) SNI INSight Dezember 2023 24
Neuigkeiten aus dem SNI-Netzwerk Untersuchung von «magischem» Graphen Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben ein zweischichtiges Graphen-Bauelement mithilfe des Rasterkraftmikroskops im Pen- delmodus untersucht. Bei dem verwendeten Graphen waren die beiden Lagen aus reinem Kohlensto昀昀 im sogenannten magischen Winkel von etwa 1.1° gegeneinander verdreht. Die Ergebnisse zeigten experimentell, dass sich sowohl Strom昀氀uss wie auch Ma- gnetisierung in dem Bauelement mit der verwendeten Methode einstellen lassen. Die Ergebnisse, die Teil einer vom SNI geför- derten Doktorarbeit waren, haben die Forschenden kürzlich im Wissenschaftsjournal «Communications Physics» verö昀昀entlicht. Die beiden Graphenlagen sind gegeneinander um den magi- Weitere Informationen: schen Winkel von etwa 1.1° verdreht. Je nach «Beladung» mit https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/untersuchung-von-magischem-graphen/ Elektronen der Einzelzellen, besitzt das Graphen unterschied- liche elektrische und magnetische Eigenschaften. Mithilfe Originalpublikation: einer pendelnden Spitze des Rasterkraftmikroskops sind die https://www.nature.com/articles/s42005-023-01441-4 Messungen möglich. Die grüne Fläche ist mit einem Über- schuss an Elektronen dotiert und die rote Fläche ist unterdo- tiert. Durch das Magnetfeld werden polarisierte Kreisströme induziert. (Abbildung: Departement Physik, Universität Basel) Bessere Klassifizierung mithilfe von maschinellem Lernen Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben ein neues maschinelles Lernverfahren vorgestellt, das sie speziell entwickelt haben, um die Analyse der Proteinentfaltung anhand von Rasterkraftmikros- kopie-Daten (AFM) zu verbessern. Das Team von Prof. Dr. Michael Nash (Universität Basel und ETH Zürich) verö昀昀entlichte die Arbeit kürzlich in der Fachzeitschrift «Nano Letters». Weitere Informationen: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/bessere-klassifizierung-mithilfe-von-maschinellem- lernen/ Originalpublikation: Maschinelles Lernen beschleunigt die Klassi昀椀zierung von Ent- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c03026 faltungsmustern bei Proteinen. (Bild: V. Dof昀椀ni, Departement Chemie, Universität Basel) «Andreev Chemie» auf einem Nanodraht Forschende der Universität Basel und der Lund University haben supraleitende Paarzustände von Elektronen auf mehreren Segmenten von einem Nanodraht generiert, die durch Barrie- ren getrennt sind. Je nach Höhe der Barrieren können diese Paarzustände gekoppelt und ver- schmolzen werden. Die Ergebnisse wurden in der Wissenschaftszeitschrift «Communications Physics» publiziert und liefern wichtige Einsich- ten für die Entwicklung neuer Quantenzustän- a) Andreev Atome: Bei hohen Barrieren entstehen einzelne, unabhängige Andreev de. bound states – analog zu zwei einzelnen Wasserstoffatomen. Weitere Informationen: b) Andreev Moleküle: Werden die Barrieren zwischen den Segmenten verkleinert, https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/andreev-chemie-auf- entstehen gekoppelte Andreev bound states – analog zu einem Wasserstoffmole- einem-nanodraht/ kül. c) Andreev Helium: Bei sehr niedrigen Barrieren verschmelzen die einzelnen Andreev bound states, so dass die Paarzustände über den ganzen Nanodraht rei- Originalpublikation: chen (analog zu einem Heliumatom) und elektrischen Strom verlustfrei leiten. (Bild: https://www.nature.com/articles/s42005-023-01273-2 Departement Physik, Universität Basel) SNI INSight Dezember 2023 25
Sonderausgabe zum Gedenken von Wolfgang P. Meier Im August 2023 erschien eine Sonderausgabe von «Macromolecular Rapid Communications», die dem im Januar 2022 verstorbenen Wolf- gang P. Meier gewidmet ist. Im Editorial des Journals beschreiben Nico Bruns, Corinne Nardin und Cornelia G. Palivan den Werdegang von Wolfgang Meier und führen alle Artikel auf, die zu dieser Sonder- ausgabe beitragen. Sie machen in ihrem Text zudem deutlich, was für ein wundervoller Mensch Wolfgang Meier war, mit dem wir alle sehr positive Erinnerungen verknüpfen. Weitere Informationen: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/sonderausgabe-zum-gedenken-von-wolfgang-p-meier/ Editorial der Sonderausgabe: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202300401 Gesamtausgabe: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202300401 Die Sonderausgabe ist Wolfgang Meier gewidmet. Vibrationen von Molekülen dargestellt und untersucht Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neue Methode entwi- ckelt, um die Vibration von Molekülen darzustellen. Die Forschenden rund um Professor Ernst Meyer vom Departement Physik der Uni- versität Basel haben dazu ein bestimmtes Pyren-Molekül auf einer Silberober昀氀äche mithilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Das Verständnis der Molekülvibration ist von entscheidender Bedeu- tung in weiten Bereichen der molekularen Elektronik, Spintronik oder bei der Entwicklung von Quantencomputern, da durch die Vibra- tionen die Transporteigenschaften und die Spin-Dynamik beein昀氀usst wird. Die Arbeiten wurden kürzlich im Wissenschaftsjournal «Nature Communications» verö昀昀entlicht. Weitere Informationen: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/vibrationen-von-molekuelen-dargestellt-und-untersucht/ Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41467-023-41601-2 Ein TBTAP-Molekül auf einer Silberober昀氀äche ist zu- nächst negativ geladen. Wird an die Spitze eines Ras- tertunnelmikroskops (STM) eine positive Spannung angelegt und diese nah an das Molekül gebracht, kommt es zu einer Entladung des Moleküls. Diese Entladung geschieht nicht in einem Zug, sondern oszillierend. (Ani- mation: Departement Physik, Universität Basel) Chrom ersetzt seltene und teure Edelmetalle Wenn Bildschirme leuchten oder Solarenergie in Brennsto昀昀e 昀氀iesst, stecken oft teure Edelmetalle dahinter. Chemikerinnen und Chemi- kern der Universität Basel ist es gelungen, diese seltenen Elemente mit einem deutlich kostengünstigeren Metallelement zu ersetzen. Die Eigenschaften der neuen Materialien kommen denjenigen der bisher verwendeten sehr nahe. Weitere Informationen: https://chemie.unibas.ch/de/news/details/chrom-ersetzt-seltene-und-teure-edelmetalle/ Modernste Chrom-Verbindungen als Leuchtstoffe und Originalpublikation: Katalysatoren. (Bild: Universität Basel, Jo Richers) https://www.nature.com/articles/s41557-023-01297-9 26 SNI INSight Dezember 2023
SNSF Starting Grant für Jonathan de Roo Der Schweizerische Nationalfonds (SNF) vergibt sechs wei- tere SNSF Starting Grants an die Universität Basel. Prof. Dr. Jonathan De Roo, Assistenzprofessor mit Tenure Track am Departement Chemie der Universität Basel, bekommt einen dieser Grants, um recycelbare Schwämme mit programmierbaren Strukturen aus Metall-Oxo-Clustern zu entwickeln. Diese Schwämme 昀椀nden Anwendungen als Katalysatoren, beispielsweise in der Herstellung von Arzneimitteln oder bei der Wasserreinigung. Jonathan de Roo bekommt einen SNSF Starting Grant. Weitere Informationen: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/snsf-starting-grant-fuer-jonathan-de- roo/ Marek Basler zum EMBO Mitglied gewählt Prof. Dr. Marek Basler vom Biozentrum der Universität Basel ist zum Mitglied der renommierten Europäischen Organisation für Molekularbiologie (EMBO) gewählt wor- den. Basler gehört damit zu einem ausgewählten Kreis von über 2000 Forschenden in Europa und weltweit, die bislang von EMBO für ihre herausragenden Forschungs- leistungen mit einer lebenslangen Mitgliedschaft gewür- digt wurden. Marek Basler wurde zum EMBO Mitglied gewählt. (Bild: Biozentrum Universität Basel) Weitere Informationen: https://www.biozentrum.unibas.ch/de/news/detail/marek-basler-zum-embo-mitglied- gewaehlt Dominik Zumbühl zum American Physical Society Fellow gewählt Prof. Dr. Dominik Zumbühl (Departement Physik, Uni- versität Basel, und Direktor des NCCR Spin) bekommt die Auszeichnung verliehen «für Quantentransportex- perimente in Halbleiter-Nanostrukturen bei tiefen Tem- peraturen zur Untersuchung von Kohärenz, Spins und Spin-Bahn-Kopplung, einschliesslich der Entwicklung und des Einsatzes von Laborinstrumenten.» Weitere Informationen: Dominik Zumbühl wurde zum Fellow der American Physical Society https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/dominik-zumbuehl-zum-american- gewählt. (Bild: NCCR Spin) physical-society-fellow-fuer-2023-gewaehlt/ NZZ Reportage: Quantum Computing Eine im September erschienene NZZ Reportage befasst sich eingehend mit dem Quantencomputing und zeigt sowohl das grenzenlose Potenzial als auch die mit dieser bahnbrechenden Technologie verbundenen Risiken auf. Weitere Informationen: https://physik.unibas.ch/de/news/details/nzz-reportage-quantum-computing/ SNI INSight Dezember 2023 27
Frauen im SNI-Netzwerk In unserer Reihe «Wer sind die Frauen in den Nanowissen- schaften?» gibt es neue Videos. https://nanoscience.unibas.ch/de/outreach/videos/frauen-im-sni-netzwerk/ Antonia Ruffo SNI-Doktorandin am Paul Scherrer Institut https://youtu.be/V386tx4PLFA Sina Saxer Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der FHNW Hochschu- le für Life Sciences https://youtu.be/YzNFfA4CiF8 Tamara Utzinger hat gerade ihren Master in Nanowissenschaften an der Universität Basel abgeschlossen https://youtu.be/5t6SMUYxaj4 Géraldine Guex Antonia Ruffo, Sina Saxer und Tamara Utzinger berichten über ihre Karri- Professorin für Orale Implantologie, Universitäres Zent- eren, ihre Motivation und die Faszination für ganz verschiedene wissen- rum für Zahnmedizin Basel UZB schaftliche Themengebiete. https://youtu.be/4nbXd3jKkZ0 Was ist Nano eigentlich? Wir haben unsere Broschüre «Was ist Nano?» animiert. Sie 昀椀nden nun leicht verständliche Antworten und Ein- blicke in die Nanoforschung am SNI mit teilweise beweg- ten Bildern. Broschüre «Was ist Nano?»: https://sniunibas.relayto.com/e/was-ist-nano-rppx3iftjvkzn?hub=651d6a40795e2 Annual Event 2023 Vom 6.–8. September haben sich die Mitglieder des SNI- Netzwerk zum Annual Event getro昀昀en – zum ersten Mal im Kanton Aargau am Hallwiler See. Es war ein wunderbares Meeting mit spannenden Vorträgen und Postern über grundlagenwissenschaftlche und angewandte Forschung in ganz verschiedenen Berei- chen der Nanowissenschaften und zahlreichen Gelegen- heiten zum Networken und Ideen auszutauschen. Video: https://youtu.be/f4HHrbnXw88 Zum ersten Mal trafen sich die Mitglieder des SNI-Netzwerks am Hallwi- ler See zum Annual Event. SNI INSight — Einblicke in Forschung und Aktitvitäten am Swiss Nanoscience Institute Konzept, Text und Layout: C. Möller, M. Poggio Korrektorat: C. Wirth Bilder: C. Möller und angegebene Quellen © Swiss Nanoscience Institute, Dezember 2023 SNI INSight Dezember 2023 28
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