SNI INSight Juni 2024

SNI INSight - Einblicke in Forschung und Aktivitäten am Swiss Nanoscience Institute

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SNI INS ight Einblicke in Forschung und Aktivitäten am Swiss Nanoscience Institute Juni 2024 Ausrichtung Anwendung Auszeichnung Austausch SNI-Strategie für die Neue Projekte im Nano- Preis für die beste Erfolgreiche Swiss nächsten 10 Jahre Argovia-Programm Masterarbeit NanoConvention 2024

Inhalt 3 Editorial 4 Die SNI-Strategie Ziele und Massnahmen für die nächsten zehn Jahre 6 Nano-Argovia-Programm * Auf dem Weg zu nanostrukturierten Zahnimplantaten aus Zirkoniumdioxid * Protein-Nanokristalle – Strukturbestimmung von Proteinen auf atomarer Ebene * Mit Enzymen gegen Plastikmüll * Mit neuem Detektor zu besseren elektronenmikroskopischen Bildern * Auf dem Weg zu besseren und sichereren Lithiumbatterien 15 Winzige Trommeln als Sensoren Aris Lafranca bekommt den Preis für die beste Masterarbeit 17 Gastbeitrag von Michelle Arnet Cytochrom c Nanopartikel als Krebs-Therapie? 18 Förderung von SNI-Mitgliedern Verschiedene Grants ermöglichen innovative Forschungsansätze 22 Elektronenbeugungsmessgerät von ELDICO Scientific Erste Lieferung nach Deutschland 24 Auszeichnungen 24 Danke und auf Wiedersehen Michèle, willkommen Battist! 25 Swiss NanoConvention 2024 Zwei inspirierende Tage rund um Nano 28 Neuigkeiten aus dem SNI-Netzwerk

Editorial bewilligtes Dokument erstellt, dass uns nun als Leitfaden für die nächste Jahren dienen wird. Die eigentliche Arbeit dazu fängt jetzt allerdings erst richtig an. Denn nun ist es an uns allen, die Theorie in die Praxis umzusetzen. Konkret bedeutet dies, dass wir uns auf die Schwerpunktbereiche Nano Imaging und Nano Fabrikation in den Feldern Materialwissenschaft, Quantenwissenschaft, Life Sciences, Medizin und Umwelt fokussieren, die Zusammenarbeit innerhalb des Netz- werks stärken und ausbauen, unsere Programme und die Ausstattung an veränderte Bedingungen anpassen und letztendlich dafür sorgen, dass unsere Aktivitäten positi- ve Impulse für die Allgemeinheit setzen. Ein wunderbares Beispiel, mit dem wir schon jetzt auf einem guten Weg sind, diese Strategie umzu- Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe Nano-Interessierte setzen, ist das Nano-Argovia-Programm. Wir stellen in diesem «SNI INSight» die fünf neuen Projekte vor, die An- Viele von uns haben sich Anfang Juni bei der Swiss Nano- fang des Jahres gestartet wurden und die sich alle durch Convention in Basel getro昀昀en, dabei viel Neues aus der Na- die Zusammenarbeit über Disziplinen und Institutionen noforschung erfahren, alte Kontakte au昀氀eben lassen und hinweg auszeichnen. neue geknüpft. Bereits zum vierten Mal hat das SNI-Team Die Beschreibungen der angewandten Nano- diese interdisziplinäre Konferenz organisiert und damit Argovia-Projekte tragen dazu bei, dass die Mitglieder den Austausch über Grenzen hinweg unterstützt. Allen unseres Netzwerks über Forschungsaktivitäten von asso- Sprecher:innen, Chairs, Sponsoren und Organisator:innen ziierten Forschungsgruppen informiert sind. Um den in- gebührt ein grosses Dankeschön – besonders an unsere terdisziplinären Austausch weiter anzuregen, berichten Outreach-Managerin Kerstin Beyer-Hans, die die Leitung wir in einer neuen Rubrik in «SNI INSight» nun auch über bei der Organisation und Koordination der Veranstaltung Grants, die SNI-Mitglieder erhalten haben – auch wenn übernommen und wesentlich zum Erfolg der Konferenz diese nicht vom SNI kommen. Ich bitte euch, uns über beigetragen hat. Besonders gefreut hat mich bei der dies- derartige Neuigkeiten zu informieren, damit wir diese jährigen Veranstaltung, dass wir 60 Schüler:innen zum Info möglichst vollständig wiedergeben können. «TecDays meets Swiss NanoConvention» einladen konn- Hinter der Forschung, die wir vorstellen, stecken ten und so ho昀昀entlich auch dem Nachwuchs interessante natürlich immer Menschen – über die wir in diesem «SNI Einblicke in die Welt der Nanowissenschaften ermöglicht INSight» auch berichten. So erhält Aris Lafranca aus mei- haben. nem Team dieses Jahr den Preis für die beste Masterarbeit Wie alle Teilnehmenden an der SNC noch einmal in Nanowissenschaften. Und Michelle Arnet berichtet in feststellen konnten – und wie wir es in unserem Alltag dem Gastbeitrag über ihre Zeit an der University of Cam- auch immer wieder erleben – sind die Nanowissenschaf- bridge, an der sie dank eines Argovia Travel Grants ihre ten unglaublich vielfältig. Das ist auf der einen Seite span- Masterarbeit schreiben konnte. nend und attraktiv. Auf der anderen Seite stellt uns diese Ein herzliches Dankeschön geht in dieser Ausga- Vielfalt auch vor Herausforderungen. Als Forschungsor- be an unsere Outreach-Managerin Michèle Wegmann, die ganisation, Ausbildungsstätte und Anbieter von Dienst- in den letzten acht Jahren ein engagiertes Mitglied des leistungen ist es wichtig, dass wir uns nicht verzetteln SNI-Managementteams war. Sie wird das SNI verlassen und überall aktiv sein wollen. Stattdessen müssen wir uns und nahe ihres Wohnorts ab Sommer als Primarschulleh- auf bestimmte Kernbereiche in den Nanowissenschaften rerin arbeiten. Wir wünschen ihr viel Glück und Erfolg fokussieren – denn nur so lässt sich Exzellenz erzielen bei dieser nächsten Herausforderung und begrüssen ih- und aufrechterhalten. ren Nachfolger, den Nanowissenschaftler Battist Utinger Wie dieser Fokus aussehen soll und welche ande- im Team des SNI. ren Leitlinien wir für die Zukunft des SNI anstreben, haben Nun wünsche ich viel Spass beim Lesen des «SNI wir in verschiedenen Gremien im letzten Jahr ausgiebig dis- INSight» und freue mich über Feedback. kutiert und in einem für die nächsten 10 Jahren ausgerich- teten Strategiepapier festgehalten. Angefangen hat dieser Mit besten Grüssen Prozess vor mehr als einem Jahr mit Vorbereitungen im Management-Team und einem Workshop, an dem interne und externe Kolleg:innen teilgenommen und Empfehlun- gen ausgesprochen haben. Nach weiteren Diskussionen ha- ben wir ein vom Exekutivkomitee und Argovia-Ausschuss Prof. Dr. Martino Poggio, SNI-Direktor SNI INSight Juni 2024 3

Die SNI-Strategie Ziele und Massnahmen für die nächsten zehn Jahre Mit der Strategie 2024–2034 gibt das Swiss Nanoscience Institute (SNI) einen Ausblick auf die geplante Entwicklung unseres Kompetenzzentrums in den nächsten zehn Jahren. Ziel ist es, das SNI so zu positionieren, dass wir unsere ausserordentliche Expertise in den Nanowissenschaften und der Nanotechnologie für die Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen einsetzen können. Wir wollen ein Leuchtturm für Forschung, Lehre und Innovation in den Nanowissenschaften sein. Das kürzlich vom Argovia-Ausschuss genehmigte Strategiepapier dient den Mitgliedern des interdisziplinären Netzwerks, der Universität Basel, den politischen Entscheidungsträger:innen und der Ö昀昀entlichkeit als Leitfaden zur Erreichung dieses Ziels. Vier Leitlinien Eine enge Zusammenarbeit ist für den Als Basis für die Zukunft dienen dem SNI die vier Leit- Erfolg des interdisziplinären SNI-Netz- linien Fokussierung, Zusammenarbeit, Anpassung und werks entscheidend. Dank der bewähr- Wirkung. ten SNI-Struktur arbeiten Forschende verschiedener Disziplinen und Institu- Im nächsten Jahrzehnt wird sich das tionen gemeinsam an grundlagenwis- SNI auf die Kernbereiche Nanoimaging senschaftlichen und angewandten Forschungsfragen. und Nanofabrikation fokussieren. Die Für die Zukunft gilt es dabei, die Identi昀椀kation mit dem Vorgängerinstitution des SNI sowie das SNI-Netzwerk zu stärken, ein «Wir-Gefühl» zu generieren SNI selbst wurde von Wissenschaftspi- und gemeinsam die Leistungen des SNI zu kommunizie- onieren gegründet, die Strukturen auf ren. der Nanoskala erstmals visualisierten und manipulierten. Basierend auf die- Um mit den besten nanowissenschaft- ser Tradition der Exzellenz wollen wir unsere Expertise lichen Zentren der Welt konkurrieren in diesen Bereichen festigen und ausbauen. Wir können zu können, müssen wir unsere In- so dazu beitragen, Herausforderungen in den Bereichen frastruktur an die stetig wachsenden Materialwissenschaften, Quantenwissenschaften, Life technologischen Anforderungen der Sciences, Medizin und Umwelt zu bewältigen. Alle Berei- kommenden Jahre anpassen. Zudem che des SNI – einschliesslich der Grundlagenforschung, werden wir die Ausbildung des wissenschaftlichen der angewandten Forschung, der Serviceeinheiten (Nano Nachwuchses weiter modernisieren und die Art und Imaging Lab und Nano Fabrication Lab), des Wissens- und Weise, wie wir Informationen über unsere Aktivitäten Technologietransfers sowie des Ausbildungsprogramms – präsentieren, immer attraktiver gestalten. werden wir in diese Aktivitäten einbeziehen. SNI INSight Juni 2024 4

Weitere Forschungsgruppen und dem 2022 gegründe- Informationen Die Arbeit des SNI wird ten Nano Technology Center (Nano Imaging eine Wirkung auf die Lab und Nano Fabrication Lab) geben. Das Strategie 2024-2034 Gesellschaft haben – Portfolio an Kunden und Partnern soll in den https://nanoscience.unibas. zum einen durch die nächsten Jahren ausgebaut werden – auch ch/fileadmin/user_upload/ nanoscience/04_UEber_Uns/Or- Erfolge der grundlagen- durch Kontakte mit anderen nationalen und ganisation/Strategy-Paper_de_ final_28_5_24_interactive.pdf wissenschaftlichen und internationalen Nanozentren. angewandten Forschung zu Fragestellungen, In dem sich schnell entwickelnden bei denen Nanotechnologie Lösungsansätze Gebiet der Nanowissenschaften und Nano- bietet; zum anderen durch die Bereitstellung technologie ist eine moderne Ausstattung spezialisierter Dienstleistungen über das der Forschungsgruppen und Dienstleistungs- Netzwerk hinaus, durch die Ausbildung ex- einheiten elementar. Das SNI wird sich daher zellenter Nachwuchswissenschaftler:innen dafür einsetzen durch eine Infrastruktur auf und durch aktive Ö昀昀entlichkeitsarbeit. dem neuesten Stand der Technik Forschung auf höchstem Niveau zu ermöglichen. Relevanz in allen Bereichen Das SNI-Team wird seine Bemühun- Die vier erwähnten Leitprinzipien spiegeln gen intensivieren, einen e昀昀ektiven Wissens- sich in den geplanten Massnahmen aller für und Technologietransfer zu betreiben – denn das SNI relevanten Bereiche wider. nur wenn wir es scha昀昀en, Anwendungen un- So gilt es für das Netzwerk in den serer Forschungsresultate in Unternehmen nächsten Jahren die interdisziplinäre und zu transferieren, lässt sich das Potenzial der interinstitutionelle Gemeinschaft mit ge- Innovationen ausschöpfen, die in den For- meinsamen Zielen weiter auszubauen, die schungsgruppen des SNI-Netzwerks (CSEM sich durch Exzellenz und Identi昀椀kation mit Allschwil, D-BSSE, FHNW, PSI, ANAXAM, dem SNI auszeichnet. Daneben werden wir Swiss PIC und Universität Basel) entwickelt die Reichweite des Netzwerks vergrössern, wurden. Das Nano-Argovia-Programm, das indem wir den Austausch mit der nationalen bereits seit der Gründung des SNI besteht, und internationalen Wissenschaftsgemein- wird weiterhin fortgeführt, um damit den schaft in den Nanowissenschaften weiter Austausch unter Forschenden aus dem SNI- anregen. Netzwerk und von Industrieunternehmen Im Bereich Ausbildung liegt unser aus der Nordwestschweiz zu fördern und ge- Fokus darin, engagierte junge Nanowissen- meinsam neue Produkte und Anwendungen schaftler:innen auszubilden, die dank einer zu entwickeln. breiten Wissensbasis bestens geeignet sind, Im Bereich der Ö昀昀entlichkeitsarbeit die komplexen Herausforderungen der Zu- ist es dem SNI ein Anliegen, eine positive kunft zu meistern. Das SNI wird daher das Assoziation mit den Begri昀昀en Nanowissen- Curriculum des Studiengangs Nanowissen- schaft und Nanotechnologie zu generieren. schaften immer wieder anpassen und seine Ziel ist es, auf unterhaltsame Art und Weise Bemühungen intensivieren, Schüler:innen von den Errungenschaften der SNI-Forschen- für den anspruchsvollen Studiengang zu den zu berichten und die Faszination der begeistern. Wir werden das Studium und die Nanowelt zu teilen. Dabei gilt es nicht nur Doktorandenschule attraktiver gestalten, die breite Ö昀昀entlichkeit zu informieren, indem wir die Ausbildung noch stärker mit sondern auch Kinder und Jugendliche für den Forschungs- und Dienstleistungsaktivi- ein Studium einer Naturwissenschaft oder täten des SNI verknüpfen. Wir streben eine der Nanowissenschaften zu begeistern. engere Zusammenarbeit mit AlumniNano an und möchten so dazu beitragen, dass Nano- Studierende Forschungsansätze ausserhalb des Netzwerks kennen lernen und eine bes- sere Übersicht über mögliche Karrierewege erhalten. Den Fokus der Forschungsaktivitäten und Dienstleistungsaktivitäten wird das SNI auf die Bereiche Nanoimaging und Nanofab- rikation legen, um damit Lösungsansätze für gesellschaftliche Herausforderung zu liefern. Dabei wird es in Zukunft eine engere Ver- knüpfung zwischen den unterschiedlichen SNI INSight Juni 2024 5

Zahnimplantate aus Zirkoniumdioxid

Im Nano-Argovia-Projekt ZIRYT wird untersucht, wie sich mithilfe eine nanostrukturierten Oberfläche Zahnimplantate aus Zirkoniumdioxid herstellen lassen.

Nano-Argovia-Programm In diesem Jahr unterstützt das SNI zehn angewandte Forschungsprojekte in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen aus der Nordwestschweiz. Die Hälfte der Projekte haben im Januar 2024 begonnen, die anderen fünf Projekte laufen bereits seit 2023. Wir stellen die neuen Projekte hier kurz vor. Auf dem Weg zu nanostrukturierten Zahnimplantaten aus Zirkoniumdioxid Im Nano-Argovia-Projekt ZIRYT untersucht ein interdisziplinäres Team, wie sich mithilfe einer nanostrukturierten Ober昀氀äche Zahnimplantate aus Zirkoniumdioxid herstellen lassen, die eine ästhetische und metallfreie Alternative zu Titanimplantaten bieten. Alternative gesucht Beim Ersatz von Zähnen haben sich vor allem Implantate aus Titan etabliert. Da Patient:innen jedoch immer häu- 昀椀ger ästetischere und metallfreie Lösungen wünschen, sind Forschende auf der Suche nach geeigneten Alter- nativen. Das Team um die Projektleiterin PD Dr. Nadja Rohr (Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel UZB, Universität Basel) sieht bei Zirkoniumdioxid grosses Potenzial, vermehrt als Ersatz für Titan eingesetzt zu werden. Zusammen mit Prof. Dr. Géraldine Guex (UZB) und den Projektpartnern Prof. Dr. Michael de Wild (IM2, FHNW) und Dr. Raphael Wagner (Institut Straumann AG) erarbeitet sie nun die Grundlagen, um die Ober昀氀äche von Zirkoniumdioxid-Implantaten weiter optimieren zu können. Das Team im Nano-Argovia-Projekt ZIRYT untersucht anhand verschie- Zurzeit wird bei Zirkoniumdioxid-Implantaten dener Zirkoniumdioxid-Plättchen die Interaktion mit unterschiedlichen die Ober昀氀äche des im Kiefer verankerten Implantatteils Zellkulturen. in einem aufwendigen Prozess sandgestrahlt und mit Säuren geätzt, um eine geeignete Mikrostruktur der Ober昀氀äche zu scha昀昀en, die das Einwachsen von Kno- chenzellen unterstützt. Im Nano-Argovia-Projekt ZIRYT arbeiten die Forschenden nun daran, allein durch eine gezielte Wärmebehandlung eine nanostrukturierte Ober- 昀氀äche herzustellen. Dies ist möglich, da Zirkoniumdioxid unter Wärmeinwirkung an der Ober昀氀äche wieder Kristal- le bildet, die für die Nanostruktur sorgen. Nanostruktur mit idealen Eigenschaften Das Nano-Argovia-Projekt ZIRYT hat zum Ziel, festzu- stellen wie sich die Nanostrukturierung der Zirkoni- umdioxid-Ober昀氀äche in vitro auf die Integration von Knochengewebe auswirkt. Dabei untersuchen die For- Die Forschenden überprüfen das Wachstum verschiedener Zellkulturen schenden den Ein昀氀uss unterschiedlicher Ausgangsmate- auf den Zirkoniumdioxid-Proben. rialien und Wärmebehandlungen auf die Kristallstruktur und damit auf die Ober昀氀ächentopographie. Anhand mo- dernster Analysemethoden und in verschiedenen Zellkul- SNI INSight Juni 2024 6

Weitere turmodellen beurteilen die Forschenden die Informationen Interaktion des Implantatmaterials mit dem Gewebe. Nano-Argovia- Sie werden so die ideale Ober昀氀ä- Programm chenstruktur ermitteln und die Herstel- https://nanoscience.unibas.ch/de/ forschung/angewandte-forschung/ lungsbedingungen dafür klar de昀椀nieren. Auf diese Weise trägt das Projekt dazu bei, UZB die Herstellung der nächsten Generation https://www.uzb.ch von Zahnimplantaten aus Zirkoniumdi- oxid zu erleichtern, damit möglichst viele Hochschule für Life Patient:innen davon pro昀椀tieren können. Sciences FHNW https://www.fhnw.ch/de/forschung- und-dienstleistungen/lifesciences Kooperation von: Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Straumann Basel, UZB der Universität Basel // IM2, Géraldine Guex bespricht mit dem Masterstudenten Da- https://www.straumann.com/ Hochschule für Life Sciences FHNW // niel Gaus die Durchführung der Experimente. group/ch/de/startseite.html Institut Straumann AG (Basel) «Wir sind der Überzeugung, dass Zahnimplantate auf Zirkonoxid- basis in den nächsten Jahren einen bedeutenden Marktanteil erlangen können. Aus diesem Grund sind wir besonders an den Resultaten des ZIRYT-Projekts interessiert, welches das Potenzi- al besitzt, sowohl die Komplexität des Herstellungsprozesses als auch die klinischen Ergebnisse unserer 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, diese Zentren der Kompetenz in ihrer exzellenten Forschungsarbeit weiterhin zu unterstützen.» Dr. Raphael Wagner, Institut Straumann AG (Basel) Nano-Argovia-Programm Reichen Sie jetzt neue Projektanträge ein! Im Nano-Argovia-Programm fördert das SNI angewandte nanotech- nologische Forschungsprojekte. Dabei arbeiten Firmen aus der Nordwestschweiz mit Partnern von mindestens zwei akademischen Institutionen zusammen. Reichen Sie bis zum 30. September 2024 Ihre Projektvorschläge ein. Informationen rund um das Nano-Argovia-Programm und die An- forderungen an die Anträge 昀椀nden Sie unter: www.nano-argovia.swiss Ein neuer Flyer gibt zudem eine Übersicht über das angewandte Nano-Argovia-Programm. https://bit.ly/3KoqurE SNI INSight Juni 2024 7

Strukturbestimmung von Protein-Nanokristallen durch Elektronenbeugung

Im Nano-Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals wird mithilfe der Elektronenbeugung die Rolle von Wasserstoffionen in Membranproteinen untersucht.

Protein-Nanokristalle – Weitere Informationen Strukturbestimmung von Proteinen auf Paul Scherrer Institut PSI atomarer Ebene durch Elektronenbeugung https://www.psi.ch/de Das Team im Nano-Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals hat Biozentrum, Universität Basel zum Ziel, mithilfe der Elektronenbeugung die Rolle von https://www.biozentrum.unibas. ch Wassersto昀昀atomen für die Proteinfunktion und die Wechselwir- kungen zwischen Proteinen und Liganden zu untersuchen. LeadXpro https://leadxpro.com Die Forschenden erhalten damit Einblicke in die Struktur von Proteinen auf atomarer Ebene, lernen so lebenswichtige ELDICO Scientific https://www.eldico-scientific. biologische Prozesse besser verstehen, und unterstützen com damit die Medikamentenentwicklung. Wasserstoff ist immer im Spiel hilfe der Elektronenbeugung die Position Wassersto昀昀atome spielen eine entscheiden- von Wassersto昀昀atomen an den funktional de Rolle bei der Struktur, Stabilität und Funk- aktiven Stellen in Proteinen untersuchen. tion von Proteinen – den Nanomaschinen, Bei dieser Methode tre昀昀en beschleunigte die das Leben und die Form unserer Zellen Elektronen auf die Probe und werden durch organisieren. Wassersto昀昀atome sind die Wechselwirkungen mit den Atomen der leichtesten und häu昀椀gsten Atome auf unse- Tausenden von Proteinmolekülen, die sym- rem Planeten. Sie tragen zur Stabilisierung metrisch im Nanokristallgitter angeordnet der dreidimensionalen Form der Proteine sind, gebeugt. Anhand des detektierten Beu- bei, indem sie beispielsweise über Wasser- gungsmusters lässt sich dann die Position sto昀昀brückenbindungen mit anderen Atomen der Atome und damit der Moleküle in der interagieren. Wassersto昀昀atome sind auch an Probe errechnen. In den letzten Jahren hat der biologischen Funktion der Proteine betei- der enorme Fortschritt bei der Entwicklung ligt. Für die Entwicklung neuer pharmazeu- von Elektronenbeugungsmessgeräten sowie tischer Wirksto昀昀e ist daher die Kenntnis der in der Probenvorbereitung den Weg bereitet Wassersto昀昀koordinaten im aktiven Zentrum für den Einsatz an verschiedenen Proteinen. der Proteinstruktur von grosser Bedeutung. Ein Expertenteam unter Leitung von Es ist jedoch eine Herausforderung für die Dr. Valérie Panneels (Paul Scherrer Institut) Wissenschaftler:innen diese Kartierung der wird Modellproteine unterschiedlicher Grö- Wassersto昀昀atome vorzunehmen, da die bis- sse und Funktion untersuchen. Bei diesen her verwendeten konventionellen Methoden Proteinen handelt es sich um Photosenso- mit Einschränkungen verbunden sind. ren, die in der Dunkelheit inaktiv sind und deren Grundzustand bekannt ist. Zunächst Elektronenbeugung als Methode vermessen die Forschenden mit einem Elek- der Wahl tronenmikroskop und einem horizontalen Das interdisziplinäre Team im Nano-Argovia- Elektronendi昀昀raktometer eine kleine Domä- Projekt ProtEDinNanoxtals will nun mit- ne (LOV-1 für Light-Oxygen-Voltage-sensing «leadXpro hat sich auf strukturbasiertes Design an Membran- proteinen zur Entdeckung von Wirksto昀昀en für Medikamente spezialisiert und Strukturen werden mit Röntgenkristallographie oder Kryo-EM bestimmt. Elektronenbeugung könnte sowohl als wichtige ergänzende Methode für Nano-Kristalle als auch für die Analyse von Wassersto昀昀atomen verwendet werden.» Dr. Michael Hennig, leadXpro 8 SNI INSight Juni 2024

domain), die von Prokaryoten bis zu Eukaryoten für die verbessern – um so neue Erkenntnisse über die Wechsel- Regulierung verschiedener Funktionen durch Lichtwahr- wirkung von Proteinen mit ihren funktionellen Liganden nehmung verantwortlich ist. Parallel dazu messen und zu gewinnen. Die Methode ermöglicht eine Au昀氀ösung analysieren die Forschenden Rhodopsin, ein grösseres auf atomarer Ebene bis hin zur Information über die Protein, das für den Prozess des Sehens verantwortlich Positionen der Wassersto昀昀atome. Das Projekt wird somit ist. Im Anschluss an die Analysen mit den bekannten Mo- wesentlich dazu beitragen, die Wirkungsmechanismen dellproteinen wird das Team Nanokristalle von weiteren potenzieller pharmazeutischer Wirksto昀昀e aufzudecken. Membranproteinen untersuchen, die von pharmazeuti- Schliesslich werden die Forscher die erzeugten Struktu- schem Interesse sind. Die Qualität der Daten wird dabei ren in entsprechende Datenbanken einfügen, in denen von der perfekten Ordnung der Proteinkristalle abhän- die durch Elektronenbeugung gewonnenen Strukturen gen, da sehr dünne, nanometergrosse Kristalle erforder- derzeit deutlich unterrepräsentiert sind. lich sind, um Mehrfachstreuungen zu reduzieren. Mit dem Projekt möchte das Forscherteam die Kooperation von: Vorteile der Elektronenbeugung in Ergänzung zu ande- Paul Scherrer Institut // Biozentrum Universität ren strukturbiologischen Techniken herausstellen und Basel // LeadXpro AG // ELDICO Scientific AG die Methode durch Anwendung auf Membranproteine Im Nano-Argovia-Projekt ProtEDinNanoxtals analysieren die Forschenden wie die Elektronenbeugung andere strukturbiologische Techniken ergänzt, um neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Proteinen mit ihren funktionellen Liganden zu gewinnen. (Bild: PSI) «ELDICO Scienti昀椀c war das erste Unternehmen, das kommerziell verfügbare Geräte für die Elektronenbeugungskristallographie hergestellt hat. Darüber hinaus entwickeln wir über das Applikationszentrum in Basel die Methode ständig weiter und bieten Elektronendi昀昀raktometrie (ED) oft auch als Dienstleistung für Kunden aus der Pharmaindustrie an. In dem Projekt wird ELDICO gemeinsam mit seinen Partnern dazu beitragen, die Einsatzmöglichkeiten der ED auf Proteine – insbesondere anspruchsvolle Membranproteine – zu erweitern.» Dr. Gunther Steinfeld, ELDICO Scientific AG SNI INSight Juni 2024 9

Mit Nanotechnologie gegen Plastikmüll

Im Nano-Argovia-Projekt NANOdePET wird eine nachhaltige Methode für den enzymatischen Abbau von PET untersucht.

Mit Enzymen gegen Plastikmüll Im Nano-Argovia-Projekt NANOdePET entwickelt ein interdisziplinäres Team eine nachhaltige Methode, um den enzymatischen Abbau des Kunststo昀昀s PET (Polyethylenterephthalat) zu ermöglichen. Mithilfe der Nanotechnologie entwi- ckeln die an dem Projekt beteiligten Forschenden supramolekulare Enzyme, um sie mit einer e昀케zienten PET-Abbaukapazität auszustatten. In der zweiten Phase des Projekts prüfen sie Möglichkeiten für Anwendungen im industriellen Massstab. Nachhaltige Recylingmethoden sind gefragt Weltweit werden pro Jahr mehr als 55 Millionen Tonnen des Kunststo昀昀s Polyethylenterephthalat (PET) produziert und auch in Zukunft wird die Menge weiter steigen. Die Hauptanwendungsgebiete sind Verpackungen (Flaschen und Filme) sowie Sto昀昀e und Textilien. Um die Belastung der Umwelt nicht kontinuierlich zu vergrössern, sind innovative Massnahmen dringend erforderlich, welche die Wiederverwendung des vielfältig einsetzbaren Kunst- sto昀昀s ermöglichen. In Industrieländern werden heute dazu vor allem mechanische Methoden mit anschlie- ssendem Schmelzen und der Wiederverwendung des Materials angewendet. Allerdings entstehen dabei schäd- liche Abbauprodukte und nur eine limitierte Anzahl von Zyklen können durchlaufen werden, da die Qualität des Amir Nazemi bereitet einen Test zur Quanti昀椀zierung von Proteinen vor, Materials mit jedem Zyklus abnimmt. um die Ef昀椀zienz der Immobilisierung zu untersuchen und die Menge Bisher entwickelte alternative chemische Me- des auf den Silika-Nanopartikeln immobilisierten Enzyms zu messen. thoden, die es ermöglichen, die Bausteine wieder zu (Bild: FHNW) hochqualitativem PET zu verarbeiten, sind energie- und kostenintensiv sowie mit schädlichen Abfällen verbun- den. Eine Lösung wäre der enzymatische Abbau von PET. Die bisher bekannten PET-abbauenden Enzyme sind je- nachhaltige, auf enzymatischer Hydrolyse basierende Ab- doch thermisch wenig stabil und ihr Einsatz kostspielig. baumethode für PET zu entwickeln. Die Forschenden um Projektleiter Prof. Dr. Patrick Shaghaldian nutzen dabei Modifizierte Enzyme mit verbesserten Eigenschaften eine von INOFEA entwickelte Plattform, um die direkte Ein Team mit Forschenden von der Hochschule für Life Umgebung von PET-aufspaltenden Enzymen (Esterhydro- Sciences und der Hochschule für Technik der FHNW hat lasen) so zu verändern, dass sie eine höhere Stabilität und zusammen mit dem Startup INOFEA nun zum Ziel eine Umsetzungsrate besitzen als lösliche Enzyme. «Diese vom SNI 昀椀nanziell unterstützte Zusammenarbeit mit der FHNW bietet INOFEA die Möglichkeit, sein Portfolio an nanotechnologischen Enzymen zu erweitern und Umweltprobleme durch die Bereitstellung einer nachhaltigen Lösung für Kunststo昀昀abfälle anzugehen. Wir erwartet durch das Projekt einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen und die Marktnachfrage nach umweltfreundlichen Produkten zu decken.» Dr. Rita Correro, INOFEA SNI INSight Juni 2024 10

Weitere Dabei werden natürliche Enzyme mit nano- für den PET-Abbau getestet und ein Recyc- Informationen technologischen Methoden auf einem Sili- lingprozess im Labormassstab etabliert. Das ziumdioxidkern immobilisiert und mithilfe Team wird anschliessend die Ergebnisse mit Fachhochschule für von sogenannten künstlichen Chaperonen den heutzutage angewendeten Recyclingme- Technik FHNW stabilisiert. Eine Hülle aus organischem Sili- thoden vergleichen und prüfen, ob sich die https://www.fhnw.ch/de/for- schung-und-dienstleistungen/ ziumdioxid von kontrollierter Dicke schützt Methode für das Recycling von PET im indus- technik die eingesetzten Enzyme vor äusseren Ein- triellen Massstab eignet. Fachhochschule für 昀氀üssen, erlaubt aber die enzymatische Auf- Life Sciences FHNW spaltung von PET. Kollaboration von: https://www.fhnw.ch/de/ Die Forschenden werden zunächst Hochschule für Life Sciences, Hochschule forschung-und-dienstleistungen/ geeignete Enzyme testen und verschiedene für Technik, Fachhochschule Nordwest- lifesciences Nanosysteme herstellen. Diese werden dann schweiz FHNW und INOFEA AG INOFEA https://www.inofea.com Immobilisierte und stabilisierte natürliche Enzyme werden mit organischem Siliziumdioxid in kontrollierter Dicke be- schichtet. Auf diese Weise sind die Enzyme vor äusseren Ein昀氀üssen geschützt, können aber trotzdem PET abbauen. Die Kolorisierung der Enzyme erfolgte nachträglich aus ästhetischen Gründen (Bild: S.A.Nazemi, FHNW). Annual Event 2024 Vom 4.–6. September 昀椀ndet der nächste Annual Event statt. Wir freuen uns schon, möglichst viele unserer Mitglieder wieder im Hotel Seerose am Hallwiler See begrü- ssen zu können. Video mit Impressionen vom Annual Event 2023 SNI INSight Juni 2024 11

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Detektor für Elektronenmikroskopie

Im Nano-Argovia-Projekt HiZfEM wird ein verbesserter Elektronendetektor für die Transmissions-Elektronenmikroskopie entwickelt.

Mit neuem Detektor zu besseren Weitere Informationen elektronenmikroskopischen Bildern Paul Scherrer Institut PSI Forschende im Nano-Argovia-Projekt HiZfEM planen einen https://www.psi.ch/de neuen Elektronendetektor mit verbesserter Bildqualität für Biozentrum, die Transmissions-Elektronenmikroskopie zu entwickeln. Universität Basel https://www.biozentrum. Das interdisziplinäre Team mit Forschenden des Paul Scherrer unibas.ch Instituts PSI, der Universität Basel und des Firmenpartners DECTRIS DECTRIS AG nutzt dabei die Erfahrung, die es bereits bei der https://www.dectris.com/en/ Entwicklung anderer Hybrid-Pixeldetektoren für die Forschung mit Photonen gewonnen hat. Verbesserungen sind möglich kroskopie verwendet, um die ausgeklügelte In der Transmissions-Elektronenmikrosko- Ausleseelektronik von den einfallenden pie werden heutzutage zumeist sogenannte hochenergetischen Elektronen zu schützen. CMOS-Detektoren (Complementary Metal- Jedoch limitieren diese dicken Siliziumsen- Oxide-Semiconductor) eingesetzt. Sie basie- soren auch die Bildgebungsqualität durch ren auf dem Halbleitermaterial Silizium und Mehrfachstreuung im Sensor. bestehen aus einem 2-dimensionalen Array Der entscheidende Vorteil von Hy- von lichtemp昀椀ndlichen Pixeln, die zusam- brid-Pixeldetektoren gegenüber CMOS-De- men mit der Signalverarbeitungselektronik tektoren besteht in der Möglichkeit andere auf einem einzigen Siliziumchip integriert Sensormaterialien als Silizium zu benutzen, sind. Demgegenüber bestehen Hybrid-Pixel- um die Detektionsfähigkeiten zu verbessern. detektoren aus zwei separaten Schichten, in Durch den Einsatz von Sensormaterialien denen die Detektorschicht vom Auslesechip mit einer höheren Elektronendichte sollte getrennt ist. Aktuell werden relativ dicke sich die Bildschärfe deutlich steigern lassen Siliziumsensoren als Detektorschicht mit wie Simulationen und experimentelle Studi- Hybrid-Pixeldetektoren in der Elektronenmi- en gezeigt haben. Forschende im Nano-Argovia-Project HiZfEM planen durch die Verwendung derartiger neuer Detektormodule aus mit Chrom dotiertem Galliumarsenid (8 x 4 cm²) die Bildqualität bei der Transmissions-Elektronenmikroskopie zu verbes- sern. (Bild: D. Greiffenberg, PSI) 12 SNI INSight Juni 2024

Sichere und bessere Lithium-Batterien

Im Nano-Argovia-Projekt BatCoat wird eine neue Generation von Lithium-Metall-Festkörperbatterien entwickelt.

Anderes Detektormaterial die Untersuchungen das neuartige Sensormaterial beste- In dem Nano-Argovia-Projekt HiZfEM planen die For- hend aus mit Chrom dotiertem GaAs zur Verfügung. Die schenden um Projektleiter Dr. Dominic Grei昀昀enberg vom beteiligten Forschenden sind optimistisch, dass sie durch Paul Scherrer Institut PSI als Detektormaterial in einem den Einsatz des schwereren Sensormaterials eine Verbes- Hybrid-Pixeldetektor anstelle von Silizium mit Chrom serung der Datenqualität auch bei der Transmissions- dotiertes Galliumarsenid (GaAs) zu verwenden und in ei- Elektronenmikroskopie erreichen können. nem bestimmten Elektronenenergiebereich die Vorteile im Vergleich zu CMOS-Detektoren zu quanti昀椀zieren. Kooperation von: Die Firma DECTRIS, einer der führenden Her- Paul Scherrer Institut PSI // Biozentrum, Universität steller von Hybrid-Pixeldetektoren weltweit, stellt für Basel // DECTRIS AG (Baden, AG) «Wir sind begeistert am HiZfEM-Projekt mitzuarbeiten, in dem unser hochentwi- ckeltes GaAs-Material eine entscheidende Rolle spielen wird, um die Grenzen in der Elektronenmikroskopie zu verschieben. Diese Zusammenarbeit mit geschätz- ten Institutionen wie dem Paul Scherrer Institut und der Universität Basel unter- streicht unser Bekenntnis wissenschaftlichen Fortschritt voranzutreiben und stärkt unsere Position an der Spitze der Entwicklung von Hybrid-Pixeldetektoren.» Dr. Sonia Fernandez, DECTRIS AG Auf dem Weg zu besseren und sichereren Lithiumbatterien Im Nano-Argovia-Projekt BatCoat untersuchen Forschende Lösungen für die nächste Generation von Lithium-Metall-Festkörperbatteriezellen, die eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriezellen darstellen. Li-Metall-Festkörperbatteriezellen besitzen eine höhere Energiedichte und sind sicherer als die heute beispielsweise in Elektroautos verwendeten Lithium-Ionen-Batterien. Sie könnten also entscheidend zu einer e昀昀ektiven, sicheren und nachhaltigen Elektromobilität beitragen. Zurzeit gibt es jedoch noch einige technische Beschränkungen, die das interdisziplinäre Team im Nano-Argovia-Projekt BatCoat angehen wird. Bessere Sicherheit und Stabilität Bevor zuverlässige Li-Metall-Festkörperbatteriezellen re- Bei den untersuchten neuen Li-Metall-Festkörperbatte- alisiert werden können, gibt es noch einige technische riezellen besteht die negativ geladene Elektrode (Anode) Hürden zu überwinden und genau hier setzt das Nano- nicht aus Graphit/Silizium wie bei Lithium-Ionen-Batte- Argovia-Projekt BatCoat an. Die Forschenden um Pro- riezellen, sondern aus dreidimensionalem Kupfer, auf jektleiter Dr. Mario El Kazzi vom Paul Scherrer Institut dem funktionale Schichten abgeschieden werden. Die PSI untersuchen, wie sich Lithium auf einer Kupferober- funktionalen nanoskaligen Schichten tragen dazu bei, Li- 昀氀äche homogen abscheiden lässt und mehr als 500 La- thium als einzige Quelle in der Kathode gleichmässig und dungs- und Entladungszyklen mit einer weiterhin hohen reversibel abzuscheiden und abzustreifen. Ein entschei- Kapazität überdauert, ohne dass es dabei zu Reaktionen dender Unterschied zu Lithium-Ionen-Batterien ist auch, von Lithium mit dem festen Elektrolyten kommt. Sie hof- dass die Festkörperbatteriezellen einen Elektrolyten aus fen dies zu erreichen, indem sie sehr dünne Schichten einem festen Lithium-Ionen-leitenden Material besitzen aus unterschiedlichen Materialien (< 100 Nanometer) auf – was zu einer besseren Sicherheit und Stabilität führen der Kupferober昀氀äche aufbringen. kann. SNI INSight Juni 2024 13

Daneben untersuchen die Forschenden in Weitere Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Kaspar Lö昀昀el Informationen (FHNW) auch die Vorteile von 3D-Kupfer, um die Bildung von Lithium-Dendriten auf Paul Scherrer Institut der Anode abzuschwächen, da diese ver- PSI schiedene negative Auswirkungen auf die https://www.psi.ch/de Batterieleistung und -sicherheit haben kön- Hochschule für nen. Abschliessend werden die Forschenden Technik FHNW ein Konzept erstellen, wie sich die nano- https://www.fhnw.ch/de/die- skaligen Funktionsschichten auf dreidimen- fhnw/hochschulen/ht sionalem Kupfer im industriellen Massstab Oerlikon Metco herstellen lassen. https://www.oerlikon.com/ metco/en/ Kooperation von: Paul Scherrer Institut PSI // Hochschule für Technik der Fachhochschule Nord- westschweiz // Oerlikon Metco AG (Woh- Das Projektteam verwendet eine Festkörperzelle für ge- len, AG) naue und zuverlässige elektrochemische Tests (oben) und zeigt die Weiterentwicklung der Li-Ionen-Batteriechemie auf, mit der die Energiedichte erhöht und die Sicherheit verbessert werden kann. (Bild: PSI) «Das Projekt ermöglicht uns den Einstieg in die Wertschöpfungs- kette der Gen 3- und Gen 4-Lithium-Metall-Zelltechnologie mit einem starken Alleinstellungsmerkmal.» Dr. Phani Kumar Yalamanchili, Oerlikon Metco AG Flyer Nano Fabrication Lab Das Nano Fabrication Lab (NF Lab) bietet eine Vielzahl von Tech- nologien und Methoden, um Forschende bei der Produktion von mikro- und nanofabrizierten Komponenten zu unterstützen. In einem kurzen Flyer geben wir eine Übersicht über das Angebot des NF Labs. Flyer Nano Fabrication Lab https://bit.ly/4dYGzln Jahresbericht 2023 Mit dem Jahresbericht schauen wir zurück auf das Jahr 2023. Kurz und knapp sind Highlights in verschiedenen Bereichen des SNI zusammengefasst. Das wissenschaftliche Beiheft geht wei- ter in die Tiefe und beschreibt auf je zwei Seiten die Resultate aller im Jahr 2023 geförderten Projekte. Genereller Teil Animierte Version mit eingebetteten Videos, Druckversion Wissenschaftliches Beiheft Druckversion (Englisch) 14 SNI INSight Juni 2024

Beste Masterarbeit in Nanowissenschaften

Aris Lafranca gewinnt im Jahr 2024 den Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissenschaften an der Universität Basel.

Weitere Winzige Trommeln als Sensoren Informationen Video mit Aris Lafranca bekommt den Preis Aris Lafranca https://youtu.be/UhcM43AK-7s für die beste Masterarbeit Poggio Lab https://poggiolab.unibas.ch Der Preis für die beste Masterarbeit in Nanowissenschaften an der Universität Basel geht in diesem Jahr an Aris Lafranca. Der junge Nanowissenschaftler aus dem Tessin hat im Rahmen der ausgezeichneten Masterarbeit am Departement Physik einen Hybridresonator genauer untersucht. Der Resonator aus hexa- gonalem Bornitrid und einer Siliziumnitrid-Membran lässt sich potenziell zur Messung von Kräften, Masse oder Beschleunigung sowie für biomedizinische Anwendungen einsetzen. Dabei zielten die Untersuchungen von Aris darauf, das System besser zu charakterisieren sowie den Ein昀氀uss von Temperatur zu kontrollieren und zu steuern. Verknüpfung positiver Eigenschaften Wenn der winzige Resonator angeregt wird, Aris Lafranca hat bereits bei seiner ersten beginnt die nur wenige Atomlagen dicke Projektarbeit im Masterstudium begonnen, Bornitridschicht zu schwingen. Aufgrund der einen winzigen mechanischen Hybridreso- besonderen Eigenschaften der Materialien nator zu untersuchen. Es handelt sich dabei sowie des speziellen Aufbaus des Resonators um hexagonale Bornitrid昀氀ocken (hBN), die lässt sich dieser nicht nur durch mechanische über Löcher in einer Siliziumnitrid-Membran Anregung in Schwingung versetzen, sondern (Si N ) gehängt werden – ähnlich wie ein beispielsweise auch durch Licht anregen. 3 4 Schlagfell bei einer Trommel. Das hexagona- Wie bei einer Trommel wird das Signal durch le Bornitrid und die Siliziumnitrid-Membran den Resonator verstärkt. Daher eignet sich bilden dabei eine Einheit und verknüpfen die der Resonator potenziell als Bauelement für unterschiedlichen Eigenschaften der beiden sensorische Anwendungen. zweidimensionalen Nanomaterialien. Zum Auslesen der Vibration verwen- den die Forschenden Licht. Ein Laserstrahl wird durch Spiegelungen in zwei Strahlen aufgeteilt, von denen einer auf die vibrieren- de Trommel tri昀昀t. Tre昀昀en die beiden Laser wieder aufeinander, kommt es zur Bildung von Interferenzmustern, die sich unterschei- den, wenn sich die Vibration des Resonators ändert. Entscheidende Verbesserungen Für seine Masterarbeit hat Aris Lafranca die- sen zweidimensionalen Hybridresonator nun mithilfe eines verbesserten Versuchsaufbaus mit einem sogenannten Michelson-Interfero- meter weiter untersucht und charakterisiert. Er konnte das Setup so erweitern, dass das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert sowie Temperaturschwankungen reduziert wur- den. Aufgrund von Erweiterungen kann Aris Aris Lafranca hat die Arbeiten für seine prämierte Mas- nun eine präzise Steuerung der Probentem- terarbeit im Team von Martino Poggio am Departement peratur vornehmen – was für seine Untersu- Physik absolviert. chungen eine Grundvoraussetzung darstellt. SNI INSight Juni 2024 15

Masterarbeit an der University of Cambridge

Michelle Arnet hat ihre Masterarbeit in Nanowissenschaften an der University of Cambridge geschrieben und berichtet über diese unvergessene Erfahrung.

Er hat zudem einen Python-Code geschrieben, der die zu koppeln, unterschiedliche Stärken der hBN-Membran Probentemperatur automatisch steuert und gezeigt, dass zu untersuchen und auch andere Proben zu testen. seine Messergebnisse mit theoretischen Simulationen «Es macht einfach Spass, derartige Versuche zu eine gute Übereinstimmung zeigen. planen, die Messungen zu beginnen und dann auf den Die Simulationen und Messungen bestätigten, Resultaten basierend Probleme zu lösen und den Plan dass die hBN-Trommel einen negativen Wärmeausdeh- anzupassen», antwortet Aris auf die Frage, was ihn bei nungskoe昀케zienten aufweist. «Anders als es uns von dieser Arbeit besonders fasziniert. Zudem ist es die gute den meisten anderen Materialien bekannt ist, zieht sich Atmosphäre im Team, die ihn veranlasst hat, da weiter- Bornitrid bei einer Temperaturerhöhung zusammen», zumachen, wo er mit dem Masterstudium in Nanowissen- erklärt Aris. «Da die Bornitrid-Flocke und die Silizium- schaften aufgehört hat. nitrid-Membran eine Einheit bilden, bedeutet dieses Zusammenziehen bei höheren Umgebungstemperaturen Schon früh entschieden eine erhöhte mechanische Spannung für den Resonator.» Für das Nanostudium hat sich Aris Lafranca schon in Diese zusätzliche Spannung wirkt sich auf die Schwin- seiner Schulzeit entschieden, als er an der «Università gungsfrequenz und den Schwingungsmodus der Bornit- della Svizzera italiana» am «Orientati», einer Informa- ridschicht aus, während die Frequenz und der Modus der tionsveranstaltung von Universitätsstudierenden für Siliziumnitrid-Membran weitgehend unverändert bleibt. Tessiner Kantonschüler:innen vom interdisziplinären Da beim Versuchsaufbau nun eine präzise Tem- Studiengang Nanowissenschaften an der Universität Ba- peraturregelung möglich ist, lässt sich die mechanische sel erfahren hat. «Die Kombination von Bio, Physik und Spannung im Inneren der hBN-Trommel jetzt einstellen Chemie war für mich ausschlaggebend», erinnert er sich. – was die Untersuchung der Wechselwirkungen mit der Der Start in Basel war anfänglich nicht immer Siliziumnitrid-Membran erlaubt. einfach, da er sich neben den fachlichen Herausforde- rungen auch an die Sprache gewöhnen musste. «Aber der Thematisch geht es weiter gute Zusammenhalt unter uns Studierenden hat mir da Für Aris ist mit dem Abschluss der Masterarbeit das The- sehr geholfen, sodass auch Deutsch bald kein Problem ma Hybridresonatoren noch lange nicht beendet. Er führt mehr war», erzählt er. seine Arbeiten seit Dezember 2023 als Doktorand im Team Neben der guten Atmosphäre unter den Studie- von Argovia-Professor Martino Poggio fort. Zunächst hat renden waren es vor allem Themen aus der Physik und er dabei die Herstellung der winzigen hBN-Trommeln Chemie, die ihm während des Studiums besonders gut übernommen, die vom ehemaligen SNI-Doktoranden Dr. gefallen haben. Und schon bei der erste Projektarbeit im David Jaeger im Rahmen seiner Dissertation entwickelt Masterstudium hat er mit den Hybridresonatoren ein wurde und die dieser anfänglich auch durchgeführt hat. Thema gefunden, dass ihn fasziniert und ihn auch die In Zukunft wird Aris probieren, mehrere hBN-Trommeln nächsten Jahren noch beschäftigen wird. «Die Arbeit von Aris ist ohne Zweifel die exzellenteste und am besten aus- geführte Masterarbeit, die ich hier in Basel je gelesen habe. Ich bin sehr froh, dass er sich entschlossen hat, als Dokto- rand weiter in der Experimentalphysik und in meiner Gruppe zu arbeiten.» Prof. Dr. Martino Poggio, Departement Physik, Universität Basel Mit einem Michelson-Interferometer untersucht und charakterisiert Aris Lafranca den zweidimensionalen Hybridresonator. SNI INSight Juni 2024 16

Weitere Gastbeitrag von Michelle Arnet Informationen Fruk Lab Cytochrom c Nanopartikel https://www.fruk-lab.com als Krebs-Therapie? Masterprojekt in Cambridge, UK Dank eines Argovia Travel Grants hatte ich die Möglichkeit, meine Masterarbeit in der Gruppe von Dr. L. Fruk (Department of Chemical Engineering and Biotechnology) an der University of Cambridge (UK) durchzuführen – einem interdisziplinären Mole- kular- und Nanotechniklabor, das sich der Förderung von grüner Chemie und biomedizinischen Anwendungen widmet. Cytochrom c Nanopartikel – über Prozessen, die zum natürlichen Zelltod potenzielle Zelltodbringer führen. Die natürliche biologische Funktion Für meine Arbeit habe ich eng mit einem von Cytochrom c könnte jedoch dazu beitra- Doktoranden und einer Postdoktorandin gen diese Resistenz zu überwinden. zusammengearbeitet. Gemeinsam haben sie Nach erfolgreicher Synthese von Cyt eine neuartige Methode basierend auf Ultra- c ProNPs bestätigte ich ihre günstigen phy- schall-Homogenisierung zur Herstellung von sikochemischen Eigenschaften mithilfe von Protein-Nanopartikeln (ProNPs) entwickelt, dynamischer Lichtstreuung, Transmissions- mit dem Ziel therapeutische Proteine e昀케zi- Elektronenmikroskopie und spektroskopi- enter und mit geringer Immunogenität zu schen Messungen. Zudem habe ich Assays Krebsgeweben zu transportieren. In meinem entwickelt, um die erhaltene biofunktionel- Projekt habe ich spezi昀椀sch Cytochrom c (Cyt le Aktivität der Cyt c ProNPs zu validieren. c) ProNPs entwickelt und charakterisiert. Anschliessend haben wir mit verschiedenen Cyt c ist von Interesse, da es als endogener Zelltests untersucht, ob die NPs den Zelltod Vermittler des Zelltods agiert. Die auf Cyt c von Krebszellen und seneszenten Zellen in- basierenden ProNPs könnten das Potenzial duzieren können. besitzen, sowohl Krebszellen als auch soge- Da die entwickelten NPs das Zyto- nannte seneszente Zellen zu eliminieren. Se- plasma der beiden Zelltypen nicht errei- neszente Zellen sind alternde Zellen, welche chen konnten, haben sie nicht zum Zelltod Krebs fördernd sein können, wenn sie sich in geführt. Dieses Problem konnten wir trotz Tumorgewebe be昀椀nden. Sowohl seneszente mehrerer Modi昀椀zierungsstrategien nicht wie auch Krebszellen sind resistent gegen- lösen. Dennoch lieferten uns diese Untersu- Transmissions-Elektronmikroskopie-Aufnahme der Cyto- Während meiner Zeit in Cambridge konnte ich unser Pro- chrom c Nanopartikel, die mittels Ultraschall-Homogeni- jekt in Form eines Posters an einer Konferenz der Royal sierung hergestellt wurden. (Bild: M. Arnet) Society of Chemistry in London vorstellen. (Bild: M. Arnet) SNI INSight Juni 2024 17

Grant für SNI-Mitglieder

Verschiedene SNI-MItglieder haben in den letzten Monaten Grant zugesprochen bekommen.

chungen wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse und zeigten auf, welche Schritte erforderlich sind, um das Potenzial dieser neuen Klasse von ProNPs auszuschöpfen. Viel gelernt und viel erlebt Durch dieses interdisziplinäre und vielseitige Projekt konnte ich eine Vielfalt von neuen wissenschaftlichen Techniken erlernen. Zudem konnte ich meine Fähigkei- ten in wissenschaftlicher Planung, Diskussion, Kritik und interpersoneller Kommunikation üben und verbessern. Weiterhin hatte ich die Chance, mein Projekt in Form eines Posters an einer wissenschaftlichen Konferenz der Royal Society of Chemistry in London zu präsentieren. Während meiner Zeit im Fruk Lab in Cambridge pro昀椀tierte ich von einem sehr unterstützenden und mo- tivierenden Arbeitsumfeld. Dadurch konnte ich Freund- schaften mit Menschen aus der ganzen Welt schliessen und mein wissenschaftliches Netzwerk erweitern. Teil der University of Cambridge zu sein war augenö昀昀nend und interessant und hat mir in vielerlei Hinsicht Klarheit über meine weiteren Ziele verscha昀昀t. Ich habe aber nicht nur viel Zeit im Labor ver- bracht, sondern hatte auch die Gelegenheit, verschiede- ne Orte in England wie Bath, Oxford, den Lake District, Brighton, London und Stonehenge zu besuchen. Daneben genoss ich viele Abende in Cambridge und lernte das Col- lege-Leben sowie die britische Pub-Kultur mit Pommes, Bier und Quizabenden kennen. Ich habe viel Zeit mit meinen Labmitgliedern verbracht und dadurch viele neue Freundschaften geschlossen. (Bild: M. Arnet) Förderung von SNI-Mitgliedern Verschiedene Grants ermöglichen innovative Forschungsansätze Zahlreiche SNI-Mitglieder haben in den letzten Monaten Grants von unterschiedli- chen Quellen zugesprochen bekommen. Wir möchten mit regelmässigen Übersich- ten über neu geförderte Forschungsprojekte dazu beitragen, dass alle Forschenden im SNI-Netzwerk Information über die Aktivitäten anderer SNI-Mitglieder be- kommen. Um eine möglichst breite Auswahl an zugesprochenen Grants in «SNI INSight» au昀昀ühren zu können, freuen wir uns auf euer Feedback. Kräfte zwischen Molekülen on mit dem Nanobiology Institute an der Yale University Prof. Dr. Roderick Lim vom Biozentrum hat ein COST- (USA) entwickelt das Lim-Team im Rahmen des Projekts Projekt von der European Cooperation in Science and ein besonderes Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikro- Technology bewilligt bekommen, um Kräfte zwischen skop (HS-AFM). Molekülen in Nanoporen zu untersuchen. In Kooperati- SNI INSight Juni 2024 18

Weitere Mit diesem HS-AFM ermitteln die Forschen- Informationen den dann die nanomechanischen Kräfte, mit denen bestimmte Moleküle (Phenylalanin- SNF Glycon-Nukleoprone = FG Nups) in künst- https://data.snf.ch/grants/ lichen Nanoporen gebunden sind. Die FG grant/220223 Forschungsgruppe Nups spielen in natürlichen Poren in der Roderick Lim Zellkernmembran eine wichtige Rolle beim https://www.biozentrum.unibas. Transport von grossen Molekülen in und aus ch/research/research-groups/ dem Zytoplasma. Durch die Au昀氀ösung der research-groups-a-z/overview/ unit/research-group-roderick- nanomechanischen Kräfte in den künstli- lim chen Poren, erho昀昀en sich die Forschenden auch ein besseres allgemeineres Verständnis über die Wirkung der Kräfte in natürlichen SNF Nanoporen, die mit Proteinen oder Polyme- In dem bewilligten COST-Projekt untersucht das Team https://data.snf.ch/grants/ grant/10000153 ren im Inneren ausgestattet sind. von Roderick Lim, Kräfte zwischen Molekülen und Na- noporen mit einem besonderen Hochgeschwindigkeits- Forschungsgruppe Mögliche Therapie von Gendefekten Rasterkraftmikroskop. Jörg Huwyler Prof. Dr. Jörg Huwyler vom Departement https://pharma.unibas.ch/de/ research/research-groups/phar- Pharmazeutische Wissenschaften hat zu- maceutical-technology-2253/ sammen mit Forschenden von der EPFL und der Universitäts-Kinderklinik ein Sinergia- Verständnis von mikrobiellen Projekt zugesprochen bekommen. Produktionslinien SNF Die Forschenden wollen in dem Pro- In einem vom Schweizer Nationalfond unter- https://data.snf.ch/grants/per- jekt eine neue Generation von stabilen, lange stützten Projekt untersucht die Gruppe von son/542229 wirksamen und sicheren DNA-Therapeutika Prof. Dr. Timm Maier mikrobielle «Fabriken», Forschungsgruppe für die venöse Verabreichung entwicklen. in denen Bakterien und Pilze Polyketide her- Timm Maier Sie konzentrieren sich dabei zu- stellen. Diese hochkomplexen chemischen https://www.biozentrum.unibas. nächst auf Behandlungsmöglichkeiten für Verbindungen unterstützen die Mikroorga- ch/research/research-groups/ eine seltene Sto昀昀wechselerkrankung, die auf nismen in ihrem natürlichen Milieu beim research-groups-a-z/overview/ unit/research-group-timm- einem einzigen Gendefekt beruht und vor Überlebungskampf. Sie besitzen eine stark maier allem Kinder betri昀昀t. Die beteiligten Teams antibiotische Wirkung und sind daher auch planen dazu spezi昀椀sche Lipid-Nanopartikel von Interesse für die Entwicklung neuer Me- zu entwickeln, die mit DNA-Plasmiden be- dikamente. laden werden und spezi昀椀sch an bestimmte Die chemische Herstellung der Po- Rezeptoren auf Leberzellen binden. Anhand lyketide im Labor ist jedoch aufwändig und von in vitro und in vivo Experimenten wer- äussert schwierig. In den Mikroorganismen den die Forschenden die Sicherheit und dagegen erfolgt sie e昀케zient in vergleichs- Wirkung der entwickelten Lipidträger testen weise riesigen Fertigungsstrassen mit vielen und anhand eines Tiermodells analysieren, einzelnen, räumlich gekoppelten Reaktions- ob der untersuchte Gendefekt auf diese Wei- zentren. Nun wollen die Forschenden aus se langanhaltend und sicher ausgeglichen dem Maier-Team mithilfe verschiedener werden kann. Forschende aus dem Team von Jörg Huwyler wollen in einem neuen Sinergia-Projekt stabile, lange wirksame und sichere DNA-Therapeutika für die venöse Verabreichung entwicklen. (Symbolbild Adobe Fire昀氀y) SNI INSight Juni 2024 19

Eine Reihe verschiedener Enzyme (Polyketidsynthasen) sorgt in den Fabrikationslinien in Mikroorganismen für die Herstellung der Polyketide. (Bild: T. Maier, Biozentrum, Universität Basel) modernster Mikroskope den räumlichen und Sensoren mit einer grossen Bandbreite Weitere Aufbau der natürlichen «Polyketidfabriken» auszulesen. Das neue Mikroskop wird mit Informationen im zellulären Umfeld untersuchen – um zu verschiedenen Sensortypen kompatibel sind, verstehen, wie die einzigartige Organisation unter anderem mit Nano-SQUID-Magnetome- Forschungsgruppe dieser Fabriken zu Ihrer Funktion beiträgt. tern, Multi-Gate-Sonden und Quantenpunkt- Martino Poggio Die erwarteten Erkenntnisse können direkt Ladungssensoren (QD). https://poggiolab.unibas.ch genutzt werden, um die zelluläre Produktion von Polyketiden zu optimieren oder zu variie- Einsatz für die Charakterisierung ren. Sie dienen aber generell auch dazu, von Das Poggio-Team ist ebenfalls beteiligt an der Natur mehr über Konzepte für e昀케ziente dem EURAMET-Projekt (European Asso- künstliche Synthesesysteme im Nanometer- ciation of National Metrology Institutes) massstab zu lernen. «MetSuperQ», das zum Ziel hat, eine neue Ge- neration von metrologischen Methoden und Neues Mikroskop für Quantenmaterialien Werkzeugen für supraleitende Qubits und Das Team von Prof. Martino Poggio hat kürz- Quantenmaterialien zu entwickeln. Im Rah- lich vom Schweizer Nationalfonds die Zuspra- men des Projekts hat ein Konsortium von 13 che für einen R`Equip-Grant zur Entwicklung Forschungsgruppen aus neun europäischen eines neuartigen Rastersondenmikroskops Ländern im Juni 2024 begonnen, derartige (Milli-Kelvin and high-bandwidth scanning neue Instrumente zu entwickeln, die dann SQUID microscope = mK-SPM) erhalten, das später auf supraleitende Schaltungen mit ein bei Temperaturen im Millikelvin-Bereich oder zwei Qubits angewendet werden sollen. arbeitet. Ein derartiges Mikroskop ist erfor- Die neuen Werkzeuge werden eine genaue derlich, um Quantenbauelemente bei den Charakterisierung, die Manipulation und das tiefen Temperaturen zu charakterisieren, Auslesen von Qubits ermöglichen und damit unter denen sie arbeiten – und damit neue die Grundlage für den weiteren technischen Einblicke in die Entwicklung von Quantenin- Fortschritt in der Quantentechnologie legen. formationsgeräten und Quantenmaterialien Die Gruppe von Martino Poggio ist zu erhalten. dabei vor allem an der Charakterisierung von Das Poggio-Team wird das neue Ras- Qubit-Bauelementen und -materialien bei tersondenmikroskop in einem Verdünnungs- niedrigen Frequenzen und bei Mikrowellen- Kryostaten platzieren und in der Lage sein, frequenzen sowie an der Suche nach Defek- Analysen bei Temperaturen von 10 Milli- ten an supraleitenden Schaltungen beteiligt. kelvin (- 273.14°C) durchzuführen. Darüber Die Forschenden analysieren dazu hinaus werden die Forschenden das Gerät mithilfe verschiedener Rastersondenmikro- mit der erforderlichen Elektronik ausstat- skope elektrische und magnetische Eigen- ten, die es erlaubt Qubits zu kontrollieren schaften der Qubit-Bauelemente. Sie werden 20 SNI INSight Juni 2024

Die bewilligten Projekte unterstützen die Arbeiten der Forschenden im Team von Martino Poggio. Hier arbeiten Floris Braakman und Katharina Kress an einem Kryostaten. Weitere zunächst mit existierenden Mikroskopen in Quelle für einzelne Lichtteilchen (Photonen) Informationen einem Temperaturbereich von 350 Millikelvin entwickeln. arbeiten und später ihre Untersuchungen mit Einzelne Photonen besitzen starke Forschungsgruppe dem neuen SQUID-Rastersondenmikroskop Quanteneigenschaften und eignen sich für Richard Warburton bei tieferen Temperaturen von 50 Millikelvin verschiedene Anwendungen in der Quan- https://nano-photonics.unibas. ch fortführen – was den Betriebstemperaturen tentechnologie – beispielsweise um sichere der Qubits nahekommt. Die verschiedenen Kommunikationskanäle zu entwickeln Universität Basel Analysen werden helfen, Bauteile zu bewer- (Quantenkryptographie). Bisher existieren- https://www.pupella.org/post/ ten und zu verbessern. de Quellen für einzelne Photonen (single winners-from-the-propelling- grant-2023-announced- photon source) beruhen auf aufwändigen, cryoprobe komplizierten Laborexperimenten. Mit dem Prüfung von Quantenhardware Innosuisse-Projekt wollen die Forschenden Ein Propelling Grant der Universität Basel nun dafür sorgen, dass es in Zukunft eine ging an die Physiker Prof. Dr. Richard War- benutzerfreundliche, vereinfachte und ver- Forschungsgruppe burton, Dr. Andreas Kuhlmann und den Lei- besserte Möglichkeit zur Produktion einzel- Philipp Treutlein ter der Mechanik-Werkstatt Sascha Martin ner Photonen gibt, die dann den Weg für https://atom.physik.unibas. vom Departement Physik der Universität industrielle Anwendungen ebnet. ch/en/ Basel. Die drei Forschenden sind dabei das Startup Cryoprobe zu gründen. Neue Messverfahren für Ihr Ziel ist die Entwicklung einer Mikrowellensignale speziellen kryogenen Prüfstation, mit der Das Team von Prof. Dr. Philipp Treutlein (De- Festkörper-Quantenhardware – vor allem partement Physik, Universität Basel) beteiligt halbleiterbasierte Qubits – schnell und präzi- sich seit Juni 2024 an dem EURAMET-Projekt se geprüft werden können. Diese Prüfstation OnMicro, mit dem Ziel neue On-Wafer-Mess- arbeitet bei sehr tiefen Temperaturen und verfahren für die Charakterisierung von soll auf die besonderen Anforderungen von Mikrowellensignalen auf Halbleiterchips Quantenhardware zugeschnitten sein. zu entwickeln. Für die Charakterisierung Quelle für einzelne Photonen solcher Chips – die in Technologien wie 6G- Die Gruppe von Prof. Dr. Richard Warburton Telekommunikation, autonome Fahrzeuge konnte kürzlich ebenfalls das Innosuisse- und tragbare Elektronik verwendet werden Projekt SparQ starten. In dem für drei Jahre – sind fortschrittlichere Mikrowellenmess- angelegten Projekt in Zusammenarbeit mit verfahren erforderlich. der Schweizer Firma IDQuantique wollen Das Treutlein-Team wird nun soge- die Forschenden eine benutzerfreundliche nannte Rydberg-Atome als Quantensensoren für Mikrowellen verwenden und erwartet SNI INSight Juni 2024 21

Elektronenbeugungsmessgerät nach Deutschland geliefert

ELDICO Scientific, ein Startup aus dem SNI-Netzwerk, hat seinen ersten Elektronendiffraktometer ans MPI für Kohlenforschung in Deutschland geliefert.

damit eine höhere Genauigkeit zu erreichen als dies bisher möglich ist. Die Forschenden aus Basel arbeiten dabei eng mit METAS, dem Eidgenössisches Institut für Metrologie, zusammen, an welches die neue Technologie nach der Erprobung transferiert wird. Tilman Zibold aus dem Treutlein-Team wird an dem EURAMET-Projekt OnMicro arbeiten. Elektronenbeugungsmessgerät Weitere Informationen von ELDICO Scienti昀椀c ELDICO Scientific Erste Lieferung nach Deutschland https://www.eldico-scientific.com Das 2019 im SNI-Netzwerk entstandene Startup ELDICO Scienti昀椀c hat sein erstes Elektronenbeugungs-Messgerät nach Deutschland geliefert und installiert. Die junge Firma mit Sitz im Park Innovaa- re kooperiert dazu mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Kohlen- forschung in Mülheim an der Ruhr. In den kommenden Monaten werden die Forschenden in Deutschland nun untersuchen, wie das Elektronendi昀昀raktometer von ELDICO die breit gefächerten analytischen Möglichkeiten des MPIs erweitern kann. «Die Forschung am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung ver- schiebt die Grenzen der Katalyse einschliesslich der chemischen Analyse, um ein tieferes Verständnis der Materie zu erreichen. Eine der vielversprechenden Techniken zur Gewinnung von Strukturinformationen für Systeme, die noch nicht vollständig verstanden sind, ist die Elektronenbeugung mit dem ED-1.» Dr. Michael Patzer, Forscher am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr 22 SNI INSight Juni 2024

Aus einem Nano-Argovia-Projekte hervorgegangen Zahlreiche Herausforderungen ELDICO Scienti昀椀c hat seine Wurzeln in dem Nano- Seit der Gründung von ELDICO Scienti昀椀c im Juni 2019 ist Argovia-Projekt «A3EDPI». Ein interdisziplinäres Wissen- viel passiert. Das Team der jungen Firma hat sich parallel schaftlerteam unter Leitung von Dr. Tim Grüne (damals zu den Fortschritten in der Geräteentwicklung verändert. PSI, jetzt Universität Wien) hatte im Rahmen des Projekts Hochquali昀椀zierte neue Teammitglieder – darunter Appli- belegt, dass sich die Beugungsmuster von Elektronen- cation Scientists und Vertriebsmitarbeitende – sind zu strahlen sehr gut eignen, um die räumliche Struktur von ELDICO gestossen. Sie arbeiten jetzt daran, das Elektro- winzigen organischen Nanokristallen in Pulverform auf- nendi昀昀raktometer auf dem Markt einzuführen und mit zuklären – während Röntgen- oder Synchrotronstrahlen den unterschiedlichsten Kunden zusammen zu arbeiten. bei der geringen Kristallgrösse nicht zu befriedigenden Mit seinem Ingenieurs- und Software-Entwicklungsteam Ergebnissen geführt hatten. arbeitet ELDICO aber auch weiterhin daran, die Geräte ELDICO Scienti昀椀c hat daraufhin in den letzten benutzerfreundlicher und besser zu machen und als vier Jahren das Elektronenbeugungs-Messgerät ELDICO Marktführer in der Branche die Zukunft der Kristallogra- ED-1 entwickelt, das genau auf derartige Analysen von phie mitzugestalten. ELDICO wird sein nächstes Gerät in kleinsten Kristallen spezialisiert ist. Eines der ersten den USA für die Festkörperanalyse einsetzen und damit Geräte des ELDICO ED-1 steht seit fast zwei Jahren im auch geographisch den Markt auszubauen. «Customer Experience Center» in den Räumlichkeiten vom Innovation Park BaselArea. Ein Konsortium von vier «Mit dem neuen Team sind wir bes- Partnern unterstützt die von ELDICO Scienti昀椀c betriebe- ne Plattform, bei der das SNI als akademischer Partner tens aufgestellt, um neue Kunden wie seinen Mitgliedern die Tür zu der vielversprechenden das Max-Planck-Institut für Kohlen- Technologie ö昀昀net. forschung zu betreuen, unsere Markt- «Bei ELDICO zu messen ist eine grossar- position zu konsolidieren und mit tige Gelegenheit, an der Spitze der Kris- optimierten Geräten das Wachstum tallographie zu bleiben und gleichzeitig voranzutreiben.» Ergebnisse zu erhalten, die mit traditi- Dr. Gustavo Santiso-Quinones, Gründer und Senior onellen kristallographischen Methoden Scientist bei ELDICO Scientific nicht möglich sind.» Dr. Alessandro Prescimone, Departement für Chemie, Universität Basel Das Innenleben des Elektronendiffraktometers, ELDICO ED-1, das jetzt auch Forschende vom Max-Planck-Institut (MPI) für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr nutzen. (Bild: ELDICO Scienti昀椀c) SNI INSight Juni 2024 23

Auszeichnungen In den letzten Monaten haben SNI-Mitglieder nicht nur Fördermittel aus verschiedenen Quellen zugesprochen bekommen, sondern wurden auch mit Auszeichnungen geehrt. Prof. Dr. Sonja Schmid (Departement Chemie, Universität Basel) er- hielt im Rahmen der Jahrestagung der Biophysical Society im Februar 2024 den «Young Fluorescence Investigator Award 2024» der Biological Fluorescence Subgroup. Mit diesem Preis werden herausragende jun- ge Forschende, die am Anfang ihrer Karriere stehen, für ihre Arbeiten im Bereich der Fluoreszenz-Methoden ausgezeichnet. Sonja Schmid erhielt den Young Fluorescence Investigator Award der Biophysical Society. (Bild: H. Sanabria) Beim Meeting der American Physical Society (APS) im März wurde bekannt gegeben, dass unser SNI-Ehrenmitglied Prof. Dr. Christian Schönenberger (Departement Physik, Universität Basel) als einer der herausragenden APS-Referenten für 2024 geehrt wird. Das «Outstan- ding Referee»-Programm wurde 2008 ins Leben gerufen und zeichnet Forschende aus, die bei der Beurteilung von Manuskripten für die Verö昀昀entlichung in den APS-Zeitschriften besonders hilfreich waren. Das hochselektive Outstanding Referee-Programm zeichnet jährlich etwa 150 der rund 91.600 derzeit aktiven Gutachter:innen aus. Christian Schönenberger wurde als herausragender APS- Referent ausgezeichnet. Danke und auf Wiedersehen Michèle, willkommen Battist! Ende Juni wird die langjährige Outreach-Managerin Dr. Michèle Weg- mann das SNI verlassen, um sich als Primarschullehrerin noch mehr auf die Ausbildung von Kindern konzentrieren zu können. Michèle war in den letzten Jahren eine wichtige Ansprech- partnerin für Outreach-Aktivitäten mit Kindern, für Teile des Jahresberichts, das Nano-Argovia-Programm sowie zahlreiche SNI- Veranstaltungen wie Annual Event oder den NanoTec Apéro. Wir danken ihr ganz herzlich für ihr Engagement und ihre Arbeit in den letzten acht Jahren, mit der sie das SNI unterstützt und vorangebracht hat. Nun wünschen wir ihr ganz viel Freude und Erfüllung bei der nächsten Herausforderung. Der Nanowissenschaftler Dr. Battist Utinger wird am 1. Juli zum Management-Team des SNI stossen. Der Fokus seiner Arbeit wird darauf liegen, Interesse für die Nanowissenschaften unter Schüler:innen und Maturand:innen zu wecken, über das Nanostu- Nach acht erfüllten Jahren verlässt Michèle Wegmann dium zu informieren – und so die Studierendenzahlen zu erhöhen. das SNI. Battist Utinger wird ab Juli zum Management- Daneben wird er Firmenkontakte intensivieren, das angewandte Team des SNI stossen. Nano-Argovia-Programm des SNI in der Nordwestschweiz bekannter machen und weitere Aufgaben von Michèle übernehmen. Wir heissen Battist herzlich willkommen und freuen uns auf die Zusammenarbeit! 24 SNI INSight Juni 2024

Swiss NanoConvention 2024

Die Swiss NanoConvention fand 2024 im Congress Center in Basel statt. Hier gibt es einige Impressionen.

Weitere Swiss NanoConvention 2024 Informationen Zwei inspirierende Tage rund um Nano Swiss NanoConven- tion 2024 https://2024.swissnanoconventi- Rund 300 Teilnehmer:innen, 60 Schüler:innen, 44 Talks, 53 Poster, on.ch/university-of-basel Video SNC 2024 7 Awards, 15 Ausstellungsstände, 25 Sponsoren – das war die SNC https://youtu.be/d2SxVeCabT0 2024 in Zahlen. Die geben aber nicht die anregende und entspann- te Atmosphäre wieder, in der zahlreiche inspirierende Gespräche stattfanden und viele neue Kontakte geknüpft und alte Kontakte aufgefrischt werden konnten. Es waren zwei intensive, interes- sante Tage, an denen über eine Fülle von Themen gesprochen und viel Wissen über innovative Nanoforschung und nanotechnologi- sche Anwendungen ausgetauscht wurde. Offenheit ist gefragt Die Swiss NanoConvention zu organisieren ist immer wieder ein Privileg, aber auch eine Herausforderung, der sich das SNI-Team ger- ne stellt. Es handelt sich um eine Konferenz rund um Nanowissenschaften und Nanotech- nologie – sowohl im Bereich der Grundlagen- wissenschaften wie auch im angewandten Bereich – in Themengebieten von Quanten- wissenschaften bis hin zur Nanomedizin. Diese Vielfalt bietet eine einzigartige Chance über den eigenen Tellerrand zu blicken, er- fordert aber sowohl von den Vortragenden wie auch von den Teilnehmenden der Konfe- renz O昀昀enheit und Interesse für Fachgebiete, die mit dem eigenen nicht übereinstimmen. Darauf ging auch SNI-Direktor Prof. SNI-Direktor Martino Poggio lädt in seinen Begrüssungs- Dr. Martino Poggio in seinen Begrüssungs- worten alle Teilnehmenden dazu ein, sich auch mit wis- worten ein. Er lud alle Teilnehmenden dazu senschaftlichen Themen auseinander zu setzen, die nicht zum eigenen Spezialgebiet gehören – denn die Vielfalt ein, «sich selbst herauszufordern, die Viel- der nanowissenschaftlichen Themen macht den Reiz der falt des Angebots anzunehmen und auch Konferenz aus. Vorträge zu besuchen, mit dessen Thematik man nicht so vertraut ist» – denn genau das «Der Kanton Basel-Stadt unter- macht den Reiz der Swiss NanoConvention aus. Der Vorsitzende des Swiss MNT Net- stützt die Swiss NanoConvention, works Dr. Michel Despont betonte in seiner - Begrüssung die rege Beteiligung von Indust- da der Austausch von Forschen rieunternehmen an der SNC, die damit eine den über die Grenzen von Insti- ideale Plattform für den Austausch und die tutionen und Disziplinen hinweg Kommunikation zwischen Forschenden von innovative Lösungswege für die Forschungseinrichtungen und Unternehmen bietet. - unterschiedlichsten Herausforde Beiträge führender Wissenschaftler:innen rungen ermöglicht.»» Neben der Förderung thematischer Vielfalt Dr. Karin Sartorius, Congress Board des und dem interinstitutionellem Austausch Platin-Sponsor Basel-Stadt war es dem Programm- und Organisati- SNI INSight Juni 2024 25

onsteam des SNI ein Anliegen, international führende die Entwicklung von Mikrorobotern, die verschiedene Wissenschaftler:innen zur SNC nach Basel einzuladen, Parameter für Krankheiten anzeigen können (Prof. Simo- um der sich versammelnden Nano-Community die neus- ne Schürle-Finke, ETHZ) sowie der therapeutische Ansatz ten Forschungsergebnisse anzubieten. Bereits die Liste Störungen beim Abbau von Ammoniak im menschlichen der Keynote-Sprecher:innen zeigt, dass dies auch dieses Körper mithilfe von Liposomen zu behandeln (Prof. Jean- Jahr bestens gelungen ist. Christophe Leroux, ETHZ) – der bereits in klinischen Thematisch drehte es sich dabei beispielweise Studien untersucht wird. Mit welchen Herausforderun- um Porphyrine. Das sind natürlich vorkommende Farb- gen Forschende konfrontiert sind, wenn die Forschung sto昀昀e, die als molekulare Bausteine von Nanodrähten erfolgreich ist und sich eine Anwendung auf den Markt und Nanoringen dienen können und einen e昀케zienten etablieren soll, erläuterte abschliessend Dr. Marija Plodi- Ladungstransport über einige Nanometer hinweg er- nec, CEO und Mitgründerin von ARTIDIS, einem Basler möglichen (Prof. Harry Anderson, Universität Oxford). Startup, das die Rasterkraftmikroskopie nutzt, um die Winzige akustische Resonatoren, die sich mit einzelnen Aggressivität von Krebszellen zu beurteilen und damit optischen Photonen koppeln lassen und sich damit für auch bessere Therapieansätze zu ermöglichen. zahlreiche Anwendungen in den Quantenwissenschaften Neben diesen hervorragenden Keynote-Lectures eignen (Prof. Simon Gröblacher, TU Delft) waren ebenso gab es 36 weitere Vorträge von Forschenden aus dem Thema wie sogenannte Cooper-Pair-Splitter, mit denen In- und Ausland in parallelen Sessions. Chairs aus dem sich verschränkte Elektronen herstellen und trennen SNI-Netzwerk hatten sich darum gekümmert, dass auch lassen (Prof. Christian Schönenberger, Universität Basel). hier eine hochkarätige Auswahl von Forschenden ihre Was Quantenmaterialien eigentlich sind und wie sie am Arbeiten präsentierten und damit den Zuhörenden neus- besten untersucht werden können, erklärte Prof. Kathryn te Forschungsergebnisse und mögliche Anwendungen Moler (Stanford University, CA, USA) sehr anschaulich im vorstellten. In den Pausen, an den über 50 Postern und 15 Rahmen der Güntherodt-Lecture, die zu Ehren des Bas- Ausstellungsständen gab es dann für alle Beteiligten zahl- ler Physikprofessors und «Nano-Pioniers», Hans-Joachim reiche Möglichkeiten, um sich im persönlichen Gespräch Güntherodt, bei jeder SNC gehalten wird. zu informieren, auszutauschen und zu diskutieren. Kathryn Moler und Sébastien Lecommandoux gaben mit ihren Keynote Der interdisziplinäre Austausch stand bei der SNC im Vordergrund. (Bild: Lectures spannende Einblicke in ihre Forschungsarbeiten. E. Byrne) «Ich habe es sehr genossen und es war wunderbar, mit der Schweizer Nano/ Quantum-Community in Kontakt zu kommen.» Prof. Dr. Kathryn Moler, Stanford University, CA, USA Weitere Keynote-Vorträge befassten sich mit sich selbst organisierenden Nanovesikeln auf Polymerbasis, die eine Beladung mit pharmazeutischen Wirksto昀昀en Die über 50 Poster boten ebenfalls eine ideale Gelegenheit sich über ermöglichen und der Herstellung von komplexeren, unterschiedliche Forschungsansätze zu informieren und im Rahmen der kompartimentierten künstlichen Zellen (Prof. Sébastien Postersession mit den jeweiligen Forschenden darüber zu diskutieren. Lecommandoux, Universität Bordeaux). Im nanomedizi- nischen Bereich angesiedelt waren die Arbeiten rund um SNI INSight Juni 2024 26

Anhand von kurzen für sie vorbereiteten Vorträgen be- kamen sie zunächst eine Einführung in die Nanowissen- schaften. Sie informierten sich dann bei Doktorierenden an deren Postern über verschiedene Forschungsprojekte und nahmen an einem der SNC-Vorträge teil. Abschlie- ssend hatten die Schüler:innen noch die Gelegenheit zwischen vier verschiedenen Laborführungen in den Departementen Physik oder Chemie, dem universitären Zentrum für Zahnmedizin oder dem Nano Imaging Lab des SNI zu wählen – und so auch eine Idee vom prakti- schen Alltag der Nanowissenschaftler:innen zu bekom- men. An den Ausstelllungsständen informierten verschiedene Akteure aus der Schweizer Nano-Community über ihre Aktivitäten und Produkte. Auszeichnungen für exzellente Leistungen Zum Abschluss der diesjährigen SNC verlieh Prof. Dr. Einblick für Schüler:innen Christian Schönenberger im Namen des Swiss MNT Ein Highlight am zweiten Tag der Konferenz war der Networks fünf Swiss Nanotechnology PhD Awards für Besuch von 60 Gymnasiasten:innen, die im Rahmen von ausgezeichnete Publikationen im Bereich der Nanowis- «TecDay meets Swiss NanoConvention» einen Einblick in senschaften, die Doktorierende aus der Schweiz im letzten die Welt der Nanowissenschaften bekamen. Zusammen Jahr als Erstautor verö昀昀entlicht hatten. Die diesjährigen mit der SATW hatte das Outreach-Team des SNI diesen An- Auszeichnungen, die von den Unternehmen Bühler, lass organisiert, für den sich interessierte Schüler:innen Kistler, IBM Research Europe, Nanosurf und nano.swiss aus der ganzen Schweiz angemeldet hatten. gesponsort wurden, gingen an Petru P. Albertini (EPFL), Chenglian Zhu (EMPA/ETHZ), Dr. Samuel Mendes Leitão (EPFL), Marco Coraiola (IBM) und Guanhao Huang (EPFL). Martino Poggio verlieh anschliessend die Preise für das beste bei der SNC vorgestellte Poster (Aura Maria Moreno Echeverri, AMI) sowie für das schönste einge- reichte Bild aus der Nano- und Mikrowelt (Daniel Mathys, Marcus Wyss, SNI). Nach zwei intensiven Tagen voller «Nano» verabschiedete er dann alle Teilnehmenden und dankte den Sprecher:innen, Chairs, Sponsoren, Ausstel- lern, studentischen Hilfskräften und Organisator:innen und lud ein, sich das Datum für die nächste Swiss Nano- Sechzig Schweizer Schüler:innen besuchten im Rahmen von «TecDay Convention vom 12.–13. Juni 2025 am FHNW Campus in meets Swiss NanoConvention» die SNC und bekamen einen Einlick in Brugg vorzumerken. die Nanowelt. «Wir sind beeindruckt von der Grösse der Swiss NanoConvention und erhalten Zum Abschluss der SNC bekamen fünf Doktorierende (bzw bei Abwe- viele neue Erkenntnisse über die Nano- senheit ein Vertreter) den Swiss Nanotechnology PhD Award von den technologie. Nanotechnologie spielt in verschiedenen Sponsoren verliehen. Zudem wurden die Preise für das beste Poster und das schönste Bild bekannt gegeben. überraschend vielen Bereichen eine Rol- le, es gibt noch Vieles zu erforschen.» Ylenia und Elinor, Kantonsschule Schaffhausen SNI INSight Juni 2024 27

Neuigkeiten aus dem SNI-Netzwerk Mit Spannung getunte supraleitende Qubits Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neue Qubit-Plattform entwickelt, die sich für verschiedene An- wendungen eignen könnte. Im Gegensatz zu herkömmli- chen supraleitenden Qubits, die aus Metallen aufgebaut sind, hat das Team einen technologisch relevanten Halb- leiter mit supraleitenden Elementen zu einem «Gatemon» Qubit vereint, das vielversprechende Eigenschaften zeigt. SNI-Post: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/mit-spannung-getunte-supraleitende- Die Forschenden aus Basel haben auf einem Germanium/Silizium-Nano- qubits/ draht zwischen zwei Supraleitern (schwarzweisses Bild oben rechts) ei- Originalpublikation: nen hochwertigen Josephson-Übergang fabriziert und so das Herzstück https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c00770 eines «Gatemon» Qubits hergestellt. (Bild: H. Zheng, Departement Physik, Universität Basel) Künstliche Intelligenz berechnet Phasendiagramme Forschende der Universität Basel haben eine neue Metho- de entwickelt, um Phasendiagramme von physikalischen Systemen zu berechnen, die ähnlich wie ChatGPT funk- tioniert. Mithilfe dieser künstlichen Intelligenz könnten in Zukunft sogar wissenschaftliche Experimente automa- tisiert werden. Post Universität Basel: https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Kuenstliche-Intelligenz-berechnet- Phasendiagramme.html Methoden der generativen künstlichen Intelligenz können sich eignen, Originalpublikation: um Phasendiagramme von Vielteilchensystemen schnell zu erzeugen. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.207301 (Bild: generiert mit ChatGPT) Zwei-Quantenbit Operation in Siliziumtransistoren Forschenden der Universität Basel und des NCCR SPIN ist es erstmals gelungen, eine kontrollierbare Wechsel- wirkung zwischen zwei Lochspin-Qubits in einem her- kömmlichen Silizium-Transistor zu realisieren. Diese Entwicklung erö昀昀net die Möglichkeit, Millionen dieser Qubits mit einem seit Jahrzehnten bewährten Herstel- lungsverfahren auf einem einzigen Chip zu integrieren. Post Universität Basel: Zwei wechselwirkende Loch-Spin-Qubits: Wenn ein Loch (magenta/gelb) https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Experiment-oeffnet-Tuer-fuer-Milli- onen-von-Qubits-auf-einem-Chip.html von einem Ort zum anderen tunnelt, dreht sich sein Spin aufgrund der Originalpublikation: Spin-Bahn-Kopplung, was zu anisotropen Wechselwirkungen führt, die https://www.nature.com/articles/s41567-024-02481-5 durch die umgebenden Blasen dargestellt werden. (Bild: NCCR SPIN) SNI INSight Juni 2024 28

Methode zum Nachweis von Nanopartikeln in Lebensmitteln für Kleinkinder Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanopartikel (Durchmesser von weniger als 100 Nanometer) in Säuglingsnahrung mit ei- nem hohen Probendurchsatz nachweisen lassen. SNI-Post: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/methode-zum-nachweis-von-nanoparti- keln-in-lebensmitteln-fuer-kleinkinder/ Originalpublikation: Kolorierte elektronenmikroskopische Aufnahme von Siliziumdioxid- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.3c09459 Nanopartikeln (grün) in einer Matrix (orange). Der Balken entspricht einer Länge von 400 Nanometern. (Bild: S. Saxer, FHNW) 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. Um eine star- ke Kopplung mit einem einzelnen Photon zu erreichen, nutzten die Forscher daher eine spezielle Kristallstruktur in Indiumarsenid. Diese koppelt den Elektronenspin auf natürliche Weise an seinen Bewegungsfreiheitsgrad und macht ihn damit o昀昀en für die Wechselwirkung mit ei- nem Mikrowellenphoton. Mit einem aufwändigen Versuchsaufbau haben Forschende aus dem SNI-Netzwerk eine starke Kopplung zwischen einem Elektronenspin und SNI-Post: einem Photon erzielt. (Bild: A. Pally, Departement Physik, Universität https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/starke-spin-photonen-kopplung/ Basel) Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45235-w Dank Kühlung erhöhte Kohärenz Ein Team von Forschenden aus dem SNI-Netzwerk hat die Kohärenz eines Elektronenspins in einem Quanten- punkt erstmals über eine halbe Mikrosekunde gebracht. Die Wissenschaftler:innen erreichten die über 150-fach verlängerte Kohärenzzeit durch die Nutzung der Elektro- nenspin-Kernspin-Wechselwirkung, die eine Abkühlung des Spinsystems auf 100 Mikrokelvin bewirkt. SNI-Post: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/dank-kuehlung-erhoehte-kohaerenz/ Originalpublikation: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.210805 Durch die drastische Reduktion der Fluktuationen der Kernspins kann die Kohärenzzeit des Elektrons in dem Quantenpunkt erhöht werden. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) SNI INSight Juni 2024 29

Massenproduzierbarer Mini-Quantenspeicher Forschende der Universität Basel haben ein Quantenspei- cherelement hergestellt, das auf Atomen in einer winzi- gen Glaszelle basiert. Solche Quantenspeicher könnten in Zukunft in Massenproduktion auf einem Wafer herge- stellt werden. Post Universität Basel: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/massenproduzierbarer-mini-quantenspeicher/ Originalarbeit: In der nur wenige Millimeter grossen, mit Rubidiumatomen gefüllten https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.260801 Glaszelle können Lichtpulse gespeichert und wieder ausgelesen wer- den. (Bild: Universität Basel, Departement für Physik/Scixel) Medikamente und Kunststoffe effizienter herstellen mit Licht Wer Medikamente, Kunststo昀昀e oder Düngemittel auf herkömmliche Weise herstellen will, braucht Hitze für die chemischen Reaktionen. Anders bei der Photoche- mie: Hier liefert Licht die Energie. Zudem braucht der Weg zum gewünschten Produkt oft weniger Zwischen- schritte. Forschende der Universität Basel legen nun noch eins drauf und zeigen, wie sich die Energiee昀케zienz von photochemischen Reaktionen um das Zehnfache steigern Durch Licht erzeugte Radikale können ihre Reaktivität erst entfalten, liesse. Nachhaltigere und kostengünstigere Anwendun- sobald sie aus einer Art «Kä昀椀g» ausbrechen, den das Lösungsmittel gen rücken damit in greifbare Nähe. um sie herum bildet. Basler Forschende zeigen, wie dieser «Ausbruch» besser gelingt und es zu ef昀椀zienterer Photochemie kommt. (Illustration: Post Universität Basel: Universität Basel, Jo Richers) https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Medikamente-und-Kunststoffe- ef昀椀zienter-herstellen-mit-Licht.html Originalpublikation: https://www.nature.com/articles/s41557-024-01482-4 Rhetorik-Workshop 2024 Acht der Doktorierenden der SNI-Doktorandenschule haben im Juni an einem Workshop über Rhetorik und Kommunikation teilgenommen. Der Wissenschaftsjour- nalist Atlant Bieri zeigte ihnen anhand zahlreicher an- schaulicher Beispiele, worauf es bei der Kommunikation ankommt und wie sich auch komplexe Inhalte klar und verständlich kommunizieren lassen – in einer Art und Weise, die allen in Erinnerung bleibt. SNI-Post mit kurzem Video: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/rhetorik-workshop-2024/ Die Doktorierenden der SNI PhD School lernen im Rahmen eines zweitä- gigen Workshops, worauf es bei der Kommunikation ankommt. SNI INSight Juni 2024 30

SmallTalk 2024 Am 15. Mai fand «SmallTalk», die Konferenz der Bache- lorstudierenden in den Nanowissenschaften, statt. Die Studierenden halten dabei je einen kurzen Vortrag über einen ihrer Blockkurse und präsentieren ein Poster über einen anderen Blockkurs. Vorab organisieren sie die Ver- anstaltung, stellen das Programm zusammen, machen Werbung und moderieren die verschiedenen Sessions. SNI-Post: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/smalltalk-2024/ Jedes Jahr stellen die Bachelor-Studierenden der Nanowissenschaften die Ergebnisse aus den Blockkursen im Rahmen von «SmallTalk» vor. Widerstandsfähige Reben in Zeiten des Klimawandels In dem trinationalen Projekt WiVitis dreht sich alles um nachhaltigen Weinbau und um Konzepte, mit denen Weinbaubetriebe den Herausforderungen des Klimawan- dels begegnen können. Ein Umbau auf resistente, dem Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von schockgefrorenen Klimawandel angepasste Rebsorten scheint unumgäng- Weinrebenblättern, die mit Falschem Mehltau und Mehltau befallen lich. Im Projekt WiVitis werden nun Daten über die Stabi- sind. (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) lität der Beerenhaut als Grundlage für die Gesundheit der Trauben an verschiedenen Standorten am Oberrhein und SNI-Post: bei allen auftretenden Witterungsbedingungen erfasst. https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/widerstandsfaehige-reben-in-zeiten-des- Kürzlich sind die beteiligten Projektpartner aus Deutsch- klimawandels/ land, Frankreich und der Schweiz zu einem Projekttref- fen zusammen gekommen und haben für die Saison 2024 Strategien für die Datenerhebung vertieft, Versuchsauf- bauten diskutiert und Protokolle abgestimmt. Vielfältige Beispiele von Projekten im Nano Imaging Lab Im April fand der User Event des Nano Imaging Labs statt. In kurzen Vorträgen schilderten sechs Forschende ihre Forschungsansätze und wie sie dabei vom Team des Nano Imaging Labs unterstützt werden. Die Bandbreite der For- schungsthemen spiegelte dabei die Fülle der Aufgaben wider, mit denen sich das NI Lab tagtäglich beschäftigt. SNI-Post: https://nanoscience.unibas.ch/de/news/details/vielfaeltige-beispiele-von-projekten-im- nano-imaging-lab/ Der User Event des Nano Imaging Labs war eine tolle Gelegenheit von anderen Forschungsgruppen zu hören, mehr über die vielfältigen Möglichkeiten des Nano Imaging Labs zu erfahren und die Ehrung des zweitausendsten Kunden des Nano Imaging Labs mit zu erleben. SNI INSight Juni 2024 31

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, Juni 2024 Educating Talents since 1460. Universität Basel Swiss Nanoscience Institute Petersplatz 1 Universität Basel Postfach Klingelbergstrasse 82 4001 Basel 4056 Basel Schweiz Schweiz www.unibas.ch www.nanoscience.ch