SNI-Jahresbericht 2022
Kurz und knapp beschreiben wir die Highlights des Jahres 2022 im Netzwerk des Swiss Nanoscience Institutes.
Jahresbericht 2022 Swiss Nanoscience Institute
3 Editorial 34 NanoArgoviaProgramm: Wissenschaftliches Beiheft Interdisziplinäre angewandte Die wissenschaftlichen Berichte 4 2022 in Kürze Projekte in Zusammenarbeit mit aller Nano-Argovia-Projekte Firmen aus der Nordwestschweiz und Projekte der SNI-Doktoran- 8 Swiss Nanoscience Institute: denschule aus dem Jahr 2022, Das interdisziplinäre Exzellenz 44 Nano Technology Center: finden Sie auch auf unserer zentrum für Nanowissenschaften Professionelle Serviceleistungen Webseite www.nanoscience.ch in der Nordwestschweiz und Forschung oder scannen Sie den QR-Code. – Gründung des Nano Fabrication 12 Das Nanostudium in Basel: Labs: Professionelle Nanofabrikation Anspruchsvoll in familiärem am SNI Umfeld – Ausrichtung auf die Zukunft: Das – Exzellente Masterarbeiten: Zwei Nano Imaging Lab fokussiert sich auf junge Studierende ausgezeichnet Materialwissenschaften – Erfahrung sammeln: Auslandsauf- enthalte erweitern den Horizont 50 Netzwerk: www.nanoscience.ch – Grundlage während des Studiums: Interdisziplinär und engagiert Folgen Sie uns: Claudia Lotter erhält Swiss Nano- – Wechsel an der Spitze: Martino technology PhD Award Poggio wird neuer Direktor des SNI – Auf hohem Niveau: Jährliche – Interdisziplinärer Austausch: Konferenz über Ergebnisse aus den Annual Event und Nano-Tech Apéro Blockkursen – Verschränkung: Nobelpreiswürdig und im SNI ein wichtiges Forschungsthema 16 SNIDoktorandenschule: – Aufklärung der räumlichen Struktur: Fachleute mit interdisziplinärer Nutzung für SNI-Mitglieder jetzt Ausbildung möglich – Magnetische Eigenschaften metall- – Erfolgreiche Forschende im organischer Netzwerke SNI-Netzwerk: Zahlreiche – Neues Testsystem für Beförderungen und Preise Antikörper-Schnelltests – Mit dem Pendel Energieverlusten 52 Kommunikation und Outreach: auf der Spur Informieren und interessieren – Supraleitende Kontakte – Verschiedene Kanäle: Persönliche – Kombination von guten Eigen- Kontakte und Interaktion über schaften soziale Medien – Unnatürliche Aminosäuren zur Untersuchung von Proteinen 54 Finanzbericht – Kopplung von Lichtquanten und Spin-Qubit 56 – Organisation – Ausgezeichnet: Preise für exzel- – Listen über Mitglieder und lente SNI-Doktorierende Projekte 2022 – SNI Winter School: Nanoscience in – Link zum wissenschaftlichen Teil the Snow und Impressum 24 Forschungsresultate: Grundlage für verschiedene Anwendungen 2 SNI Jahresbericht 2022
Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe SNI-Interessierte Wir schauen mit diesem Jahresbericht leisten zudem wertvolle Beiträge zu un- Zahl von sehr interessierten Besucherin- auf ein bewegtes Jahr zurück. Nach zwei terschiedlichen Forschungsansätzen. nen und Besuchern eine Idee von den Jahren Pandemie war die Arbeit im Labor Weitere wichtige Bereiche des SNI sind Möglichkeiten der Nanowissenschaften wieder fast uneingeschränkt möglich und und bleiben die grundlagenwissenschaft- mitgeben konnten. auch persönliche Kontakte konnten wir liche und die angewandte Forschung so- Für uns als interdisziplinäres Netz- wieder wie gewohnt pflegen. Virtuelle wie die Ausbildung exzellenter Wissen- werk mit Kolleginnen und Kollegen an Formate haben uns in der Pandemie sehr schaftlerinnen und Wissenschaftler. unterschiedlichen Forschungsinstitutio- geholfen, in Verbindung zu bleiben – je- Bereits vor 20 Jahren haben die ersten nen war es zudem wichtig, dass wir uns doch können sie den persönlichen Aus- Studierenden an der Universität Basel ihr im Rahmen des Annual Events und des tausch nicht vollständig ersetzen, wie wir Bachelorstudium in Nanowissenschaften Nano-Tech Apéros im Jahr 2022 wieder alle gemerkt haben. begonnen und vor 10 Jahren haben wir vor Ort treffen und austauschen konnten. Am Swiss Nanoscience Institute haben die ersten Projekte in der SNI-Doktoran- Gerade bei Veranstaltungen wie diesen wir die erste Hälfte des Jahres unter ande- denschule ausgeschrieben. Seither haben entstehen Ideen für interdisziplinäre in- rem dazu genutzt, den Wechsel in der zahlreiche junge Forschende ihre Ausbil- novative Projekte über die Grenzen von Führung vorzubereiten. Sechszehn Jahre dung hier in Basel abgeschlossen und ihre Institutionen hinweg, die das Swiss Na- hat Christian Schönenberger als Direktor Karrieren in der Industrie und an Univer- noscience Institute so besonders machen. das SNI geleitet und es zu einem aner- sitäten gestartet. Einige Highlights des Ich wünsche euch und Ihnen einen kannten Exzellenzzentrum für Nanowis- Studiums und der Doktorandenschule unterhaltsamen und interessanten Ein- senschaften und Nanotechnologie aufge- beschreiben wir in diesem Jahresbericht. blick in die Arbeit des SNI im Jahr 2022 baut. Ich selbst habe diesem Netzwerk, zu Daneben erläutern wir Forschungsre- und freue mich auf die Zusammenarbeit dem ich seit 2009 als Argovia-Professor sultate aus dem Netzwerk und beschrei- in diesem Jahr. gehöre, viel zu verdanken. Seit August ben die angewandten Forschungspro- 2022 habe ich nun die Chance als SNI-Di- jekte, die in Zusammenarbeit mit Indus- Mit herzlichen Grüssen rektor etwas zurückzugeben und die Zu- trieunternehmen aus dem Kanton Aargau kunft dieses einzigartigen Netzwerks mit- oder einem der Basler Halbkantone im zugestalten. Ich werde dabei von dem neu Nano-Argovia-Programm 2022 gefördert aufgestellten SNI Executive Committee wurden. Es hat sich bewährt, dass wir in unterstützt. Die Mitglieder dieses Exeku- diesem generellen Teil des Jahresberichts tivkomitees vertreten die Netzwerkpart- nur kurz über die Resultate berichten, Prof. Dr. Martino Poggio ner des SNI sowie die beteiligten Depar- während das wissenschaftliche Beiheft SNI-Direktor temente an der Universität Basel und detaillierter darauf eingeht. übernehmen die Führung verschiedener Vor allem in der zweiten Hälfte des Bereiche wie die des Nano-Argovia-Pro- Jahres 2022 konnte das SNI-Team eine gramms, des Nano Curriculums oder des Vielzahl von Veranstaltungen nutzen, um neu gegründeten Nano Technology Cen- die breite Öffentlichkeit für Nanowissen- ters. Gemeinsam werden wir das SNI wei- schaften, das SNI im Allgemeinen und ter ausbauen und es fit für die Zukunft den Studiengang Nanowissenschaften an machen, in der Nanotechnologien eine der Universität Basel zu interessieren. Be- immer wichtigere Rolle spielen werden. sonders hervorheben möchte ich in die- Ein wichtiger Schritt in diese Rich- sem Zusammenhang die exzellente Zu- tung war 2022 die Gründung des Nano sammenarbeit mit dem Museum Burg- Technology Centers, zu dem das bereits halde in Lenzburg, die es uns ermöglicht etablierte Nano Imaging Lab sowie das breite Bevölkerungsschichten über das neu ins Leben gerufene Nano Fabrication Engagement des Kantons Aargau in den Lab gehören. Die Mitarbeitenden dieser Nanowissenschaften zu informieren. Ein beiden Serviceeinheiten bieten Kundin- weiteres Highlight im Bereich Outreach nen und Kunden aus der Akademie oder war 2022 auch die Teilnahme am Rüebli- Industrie wertvolle Dienstleistungen und märt in Aarau, wodurch wir einer grossen SNI Jahresbericht 2022 3
2022 in Kürze Zwei ausgzeichnete Masterarbeiten Die beiden ehemaligen Studierenden der Nanowissenschaften Vera Weibel und Mathias Claus wurden 2022 für ihre her- vorragenden Masterarbeiten ausgezei- chent. Vera Weibel hat ein supraleiten- des Material untersucht und Mathias Claus eine Torsionswippe entwickelt. Seite 13 Auslandsaufenthalte an renommierten Universitäten Studierende der Nanowissenschaften konnten im Jahr 2022 wieder einen Teil ihres Masterstudiums im Ausland ab- solvieren. Vier Studierende nutzten Argovia Travel Grants, um sich ihren Traum vom Studium in den USA oder in Australien zu erfüllen. Sie schrieben ihre Masterarbeiten an verschiedenen renommierten Universitäten und nutz- ten die einmalige Gelegenheit, andere Kulturen kennen zu lernen und mit dem Aufbau eines internationalen Netzwerks zu beginnen. Seite 14 Swiss Nanotechnology PhD Award für junge Forschende aus dem SNI Ein kurzes Video Informelle Tagung für Doktorierende Netzwerk gibt einen Über Im Jahr 2022 fand auch die Winterschule «Nanoscience in the Die ehemalige Nanostudentin Claudia blick über die Snow» für die Doktorierenden des SNI wieder statt. Vor einer Lotter und der ehemalige SNI-Doktorand Aktivitäten und atemberaubenden Kulisse in Zermatt nutzten die jungen Wis- Dr. Thomas Mortelmans sind mit dem Ergebnisse des senschaftlerinnen und Wissenschaftler die Zeit um sich über Swiss Nanotechnology PhD Award ausge- SNI. ihre ganz unterschiedlichen Forschungsprojekte auszutau- zeichnet worden. Claudia Lotter hat in schen und sich besser kennen zu lernen. Seite 21 ihrer Masterarbeit untersucht, wie sich Lipid-Nanopartikel, die für die Genthera- Vielfältige Themen pie entwickelt werden, durch die Zusam- Sieben Doktorierende schlossen 2022 ihre Doktorarbeiten in mensetzung der Lipide optimieren las- der SNI-Doktorandenschule erfolgreich ab. Sie haben ihre sen. Thomas Mortelmans hat in seiner praktischen Arbeiten dazu am Departement Physik und am Doktorarbeit an der SNI-Doktoranden- Biozentrum an der Universität Basel sowie am Paul Scherrer schule eine neue Plattform für Antikör- Institut durchgeführt. pertests aufgebaut. Ab Seite 17 Seiten 14 und 20 4 SNI Jahresbericht 2022
Der ehemalige SNI-Doktorand Die ehemalige SNI-Doktorandin Der ehemalige SNI-Doktorand Thomas Mortelmans hat 2022 den Alexina Ollier bekam einen Young Thomas Karg hat einen Preis der Swiss Nanotechnology PhD Researcher Award. Schweizerischen Physikalischen Award gewonnen. Gesellschaft gewonnen. Nachweis von Corona und Grippe Kühlung von Materie aus Distanz Forschende der Universität Basel und des Forschende der Universität Basel haben mithilfe von Laserlicht Paul Scherrer Instituts haben einen Co- zwei Quantensysteme über eine Distanz von einem Meter zu vid-19-Schnelltest mit einem neuartigen einem Regelkreis verbunden. In diesem Regelkreis wird eine Funktionsprinzip entwickelt. Mit dem vibrierende Membran durch eine Wolke von Atomen gekühlt. Test könnte der Status der Erkrankung Derartige Schnittstellen spielen eine Rolle für zukünftige Quan- nachgewiesen werden. Daneben liessen tentechnologien. sich auch andere Erkrankungen und ver- Seite 27 schiedene Covid-Varianten nachweisen. Seite 25 Schwebend durch Schallwellen Mithilfe von Schallwellen lassen sich winzige rotierende Pro- Neuer Ansatz in der Biosensorik behalter in der Schwebe halten – beispielsweise für kristallo- Forschende aus dem SNI-Netzwerk ha- Mithilfe von Spin graphische Untersuchungen. Forschende aus dem SNI-Netzwerk ben eine neuartige Beschichtung aus ei- filtern lässt sich haben gezeigt, welchen Einfluss Grösse und Form der Rotoren nem Polymer und Kohlenstoffnanoröhr- nachweisen, dass dabei haben. chen entwickelt, die sich für die Be- es eine negative Seite 31 schichtung von miniaturisierten Elektro- Korrelation gibt den eignet. Derartige Elektroden, bei de- zwischen den bei Tanzende Moleküle nen leitfähige Nanomaterialien in eine den Spins eines Cycloalkane passen ihre Form an, wenn sie in winzige Poren abweisende Matrix eingebettet sind, verschränkten eingeschlossen werden. Bei zunehmendem Platzmangel und können in der patientennahen Labordia- Elektronenpaares tiefen Temperaturen unter 5K beginnen sich die Moleküle in gnostik eingesetzt werden. aus einem Supra überraschender Weise zu bewegen. Seite 25 leiter. (Bild: SNI/ Seite 27 Scixel) Zeitgewinn durch frühe Diagnose Nanomechanische Sensoren eignen sich- bestens, um schon wenige Bakterien- keime im Blut schnell und zuverlässig nachzuweisen. Seite 25 SNI Jahresbericht 2022 5
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Das Beste aus zwei Welten Grundlagenforschung und angewandte Forschung sind wichtige Eckpfeiler des SNI. Während in der Doktorandenschule vor allem grund lagenwissenschaftliche Fragestellungen bearbeitet werden, dreht sich im NanoArgoviaProgramm alles um angewandte Projekte. Forschende aus dem SNI Netzwerk arbeiten hier eng mit Industrieunterneh men aus der Nordwestschweiz zusammen und unterstützen den Wissens und Technologietransfer. Mehr dazu ab Seite 34. Forschende der Hochschule für Life Sciences FHNW haben in Zusammenarbeit mit vVardis (ehemals credentis) Zahnoberflächen mit Fluoridpaste behan delt und künstlichem Speichel ausgesetzt. (Bild: L. Kind, FHNW) SNI Jahresbericht 2022 7
Swiss Nanoscience Institute: Das inter disziplinäre Exzellenzzentrum für Nano wissenschaften in der Nordwestschweiz Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) an der Universität Basel ist ein Exzellenzzentrum für 20% Nanowissenschaften und Nanotechnologie, das 2006 auf Initiative des Kantons Aargau und der 20% der SNI-Mitglieder Universität Basel gegründet wurde. sind Frauen. Im Netzwerk des SNI betreiben interdisziplinäre Teams grundlagenwissenschaftliche und angewandte Forschung. Das SNI unterstützt im Rahmen des Nano-Argovia-Programms aktiv den 4+8+7 Wissens- und Technologietransfer mit Industrieun- ternehmen aus der Nordwest schweiz und ist Vier Studierende haben 2022 Gründungsmitglied des Technologie transfer- das Bachelorstudium abgeschlossen, Acht Studierende haben erfolg reich ihr zentrums ANAXAM. Masterstudium in Nano wissenschaften beendet. Sieben Doktorierende haben Die beiden SNI-Serviceeinheiten Nano Imaging ihre Dissertation erfolgreich abgeschlossen. Lab und Nano Fabrication Lab bieten für Forschen- de aus Akademie und Industrie Dienstleistungen im Bereich der Abbil dung und Analyse sowie der Nano- und Mikrofabrikation an und unterstützen Forschungsprojekte. In einem Bachelor- und Masterst udien gang sowie einer Doktorandenschule bildet das SNI inter- 40 disziplinär geschulte Nachwuchs wissen schaft ler- innen und -wissen schaftler aus. Zudem engagiert Im Jahr 2022 gehörten sich das SNI in der Öffentlich keits arbeit, um ver- 40 Doktorandinnen und Doktoranden zur SNI-Doktorandenschule. schie dene Zielgruppen für Natur wissen schaften zu begeistern und die Zu sam menarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie zu fördern. 8 SNI Jahresbericht 2022
166 Zum SNI-Netzwerk gehören 166 Mitglieder. (Projektleitende, Doktorierende, 9 Management, Nano Fabrication Lab Das SNI-Netzwerk umfasst neun und Nano Imaging Lab) Partner. Dazu gehören als Forschungs- institutionen die Universität Basel, die Hochschulen für Life Sciences und Technik der Fachhochschule Nord- westschweiz (FHNW), das Paul Scherrer 15 Institut PSI, das Centre Suisse Von den insgesamt 48 Doktorierenden, d'Electronique et de Microtechnique die bisher ihre Dissertation (CSEM) in Allschwil, das Departement abgeschlossen haben, arbeiteten Biosysteme der ETH Zürich in Basel und Ende 2022 15 bei einer Forschungs- das Technologietransferzentrum institution oder einem Bundesamt. ANAXAM. Das Hightech Zentrum 48 Aargau sowie Basel Area Business & Das SNI unterstützte finanziell Innovation ergänzen das Netzwerk. 48 Forschungs projekte, davon 12 im angewandten Nano-Argovia-Programm und 36 in der SNI-Doktorandenschule. 33 8.08 33 der 48 ehemaligen Doktorierenden des SNI sind in einem Industrieunternehmen beschäftigt. Mio. 84 Das SNI hatte 2022 Ausgaben von etwa Im Jahr 2022 waren im Bachelorstudium 8.08 Millionen Schweizer Franken (ohne 59 Studierende eingeschrieben, Kosten für Gebäude), von denen rund im Masterstudium 25. 5.14 Millionen vom Kanton Aargau und 2.94 Millionen von der Universität Basel 44 getragen wurden. 77+120 Im Jahr 2022 wurden 44 Seit seiner Gründung im August 2022 Veröffentlichungen in renommierten hatte das Nano Fabrication Lab Wissenschaftszeitschriften mit 77 Nutzer:innen. Das Nano Imaging Lab Beteiligung von SNI-Mitgliedern erhielt 2022 mehr als 175 Aufträge von veröffentlicht. >4300 120 verschiedenen Kund:innen, wobei Mehr als 4300 Interessierte folgen den So- diese Aufträge oft mehrere Tage in An- cial Media-Kanälen des SNI auf LinkedIn, spruch nehmen. Twitter, Instagramm und YouTube. SNI Jahresbericht 2022 9
Auf Initiative des Engagement des Kantons Aargau und der Industrie zu bekommen. Insgesamt haben bisher Kantons Aargau der Universität Basel 273 Studierende in Basel einen Bachelorabschluss in und der Universi Das SNI wurde 2006 vom Kanton Aargau und der Nanowissenschaften erworben, 211 Studierende ha- tät Basel ist das Universität Basel gegründet um Forschung und Aus- ben den Master in Nanowissenschaften erfolgreich SNI aus dem bildung in den Nanowissenschaften und der Nano- abgeschlossen. Ende 2022 waren 59 Studierende im Nationalen technologie in der Nordwestschweiz voranzutreiben. Bachelorprogramm und 25 junge Nachwuchswissen- Forschungs Nanotechnologien spielen im Kanton Aargau in schaftlerinnen und -wissenschaftler im Masterpro- schwerpunkt Forschung und Industrie eine wichtige Rolle und gramm eingeschrieben. Nanowissen sind eines der Fokusthemen des Innovationsförder- Einige Studierende des Nanostudiums schliessen schaften hervor programms Hightech Aargau, mit dem der Kanton eine weitere Ausbildung in der 2012 gegründeten gegangen. die Konkurrenzfähigkeit von Unternehmen und die SNI-Doktorandenschule an. Die meisten der 40 Dok- Wertschöpfung verstärkt. Die zahlreichen erfolgrei- torierenden, die 2022 zur SNI-Doktorandenschule chen Forschungsprojekte des SNI, bei denen For- gehörten, kommen jedoch von anderen Universitä- schende über verschiedene Disziplinen und Institu- ten aus Europa, Asien und Amerika. Auch in der Dok- tionen hinweg erfolgreich zusammenarbeiten, un- torandenschule bekommen die jungen Forschenden terstützen diese Strategie im Kanton Aargau und Einblicke in Themen ausserhalb ihres eigenen For- bieten Firmen aus dem Aargau, Solothurn und den schungsgebiets. Diese Interdisziplinarität wird vor beiden Basler Halbkantonen Zugang zu neuen wis- allem bei Veranstaltungen wie der Winterschule senschaftlichen Erkenntnissen und Technologien. «Nanoscience in the Snow», dem Annual Meeting Das SNI hatte im Jahr 2022 Ausgaben von etwa und verschiedenen speziell für die Doktoranden- 8.08 Millionen Schweizer Franken, von denen etwa schule entwickelten Kursen unterstützt. Bisher ha- 5.14 Millionen vom Kanton Aargau und 2.94 Millio- ben 48 Doktorierende ihre Doktorarbeiten in der nen von der Universität Basel getragen wurden. SNI-Doktorandenschule erfolgreich beendet. 2022 haben sieben Doktorierende abgeschlossen und sie- Der Erfolg des Interdisziplinäres, agiles Netzwerk ben neue Projekte, die 2023 starten werden, wurden SNI basiert auf Das Swiss Nanoscience Institute ist ein Netzwerk von bewilligt. einem interdiszi Forschenden aus verschiedenen Disziplinen, die sich plinären Netz an unterschiedlichen grundlagenwissenschaftlichen Führend auf ihrem Gebiet werk engagierter oder angewandten Forschungsprojekten beteiligen. Grundlagenwissenschaften bilden die Basis der For- Forschender, das Die Forschenden kommen dabei von den führenden schungsarbeit am SNI. Neben den verschiedenen sich ständig Wissenschaftsinstitutionen der Nordwestschweiz. Projekten, die im Rahmen der Doktorandenschule erweitert. Beteiligt sind Mitarbeitende der Departemente Bio- gefördert werden, unterstützt das SNI auch die medizin, Chemie, Pharmazeutische Wissenschaften, grundlagenwissenschaftliche Forschung der beiden Physk, Umweltwissenschaften und dem Biozentrum Argovia-Professoren Dr. Roderick Lim und Dr. Mar- der Universität Basel sowie von der Hochschule für tino Poggio. Beide tragen mit ihren Arbeiten zur Life Sciences und der Hochschule für Technik der exzellenten Reputation des SNI bei. Fachhochschule Nordwestschweiz in Muttenz und Neben den Argovia-Professoren unterstützt das Windisch, vom Paul Scherrer Institut, dem Departe- SNI drei Titularprofessoren: Professor Dr. Thomas ment Biosysteme der ETH Zürich in Basel, dem Cen- Jung lehrt und forscht am Departement Physik der tre Suisse d’Electronique et de Microtechnique Universität Basel und leitet ein weiteres Team am (CSEM) in Allschwil und dem Technologietransfer- Paul Scherrer Institut. Die beiden Professoren Dr. zentrum ANAXAM. Zusammenarbeiten im Bereich Frithjof Nolting und Dr. Michel Kenzelmann haben des Wissens- und Technologietransfers finden dane- ebenfalls Lehraufträge am Departement Physik der ben mit dem Hightech Zentrum Aargau in Brugg Universität Basel und sind mit ihren Forschungs- sowie Basel Area Business & Innovation statt. gruppen am PSI aktiv. Ein wesentliches Hervorragender Nachwuchs Wissens und Technologietransfer Ziel des SNI ist Vor zwanzig Jahren hat die Vorläuferinstitution des in die Industrie die Ausbildung SNI einen Bachelor- und einen Masterstudiengang Das SNI unterstützt den Transfer von wissenschaft- von exzellenten in Nanowissenschaften an der Universität Basel eta- lichen Erkenntnissen in die Industrie durch das Wissenschaftle bliert. Die Studierenden bekommen im Bachelorstu- Nano-Argovia-Programm, das bereits seit Gründung rinnen und Wis dium zunächst eine umfassende Grundausbildung des SNI die Zusammenarbeit von Firmen aus der senschaftlern. in Biologie, Chemie, Physik und Mathematik. Im Nordwestschweiz und Forschungsinstitutionen för- Laufe des anspruchsvollen Studiums können sie dert. 2022 wurden insgesamt zwölf dieser ange- dann mehr und mehr Kurse auswählen, die den per- wandten Forschungsprojekte finanziert. Die Hälfte sönlichen Interessen entsprechen. Schon früh in der der Partnerfirmen kam dabei aus dem Kanton Aar- Ausbildung erhalten die Studierenden die Möglich- gau, die andere Hälfte aus einem der beiden Basler keit in verschiedenen Forschungsgruppen mitzuar- Halbkantone. Die Zusammenarbeit mit der Indust- beiten und einen Einblick in angewandte Projekte rie wird auch durch das neue Technologietransfer- 10 SNI Jahresbericht 2022
Departement Biozentrum Chemie Departement Physik Departement CSEM Umweltwissen- Universität Basel Allschwil schaften SNI Nano Fabrication Lab Nano Imaging Lab Departement Departement Biomedizin Pharmazeutische Hochschule für Life Wissenschaften Sciences FHNW Hochschule für Technik FHNW DBSSE ETHZ Basel Paul Scherrer Institut PSI ANAXAM Forschungsgruppen der führenden Forschungs- institutionen in der Nordwestschweiz bilden das interdisziplinäre Netzwerk des SNI. Sie arbeiten an grundlagenwissenschaftlichen und angewand- ten Projekten und gewährleisten exzellente For- schungsarbeit. (Bild: iStock) Das Nano zentrum ANAXAM unterstützt, dessen Gründungs- Interesse wecken Argovia mitglied das SNI ist. Über ANAXAM bekommen Fir- Dem SNI-Team ist es ein wichtiges Anliegen nicht Programm unter men aus der gesamten Schweiz Zugang zu modernen nur hervorragende Wissenschaftlerinnen und Wis- stützt den Analysemethoden. senschaftler auszubilden, exzellente Forschung zu Wissens und betreiben und ein gefragter Partner für Dienstleis- Technologie Ausgebaute Dienstleistungen tungen zu sein, sondern die Öffentlichkeit über die transfer. Partnern aus der Wissenschaft und Industrie steht verschiedenen Aktivitäten zu informieren und Inte- das SNI auch für verschiedene Dienstleistungen zur resse an den Naturwissenschaften zu wecken. So Verfügung. Bereits seit 2016 gehört das Nano Imaging engagiert sich das SNI-Team auf Science Festivals und Lab (NI Lab) zum SNI und bietet mit seinem sechs- Ausstellungen und erlaubt Schulklassen sowie inte- köpfigen Team einen umfassenden Service im Be- ressierten Besuchergruppen Einblicke in den La- Die Service reich der Abbildung und Analyse von Oberflächen boralltag. Zudem stellt das SNI Informationen in einheiten Nano an. Im Jahr 2022 kam mit dem Nano Fabrication Lab Form von Videos, Broschüren, Mitteilungen und ei- Imaging Lab und (NF Lab) eine zweite Serviceeinheit dazu. Im NF Lab nem elektronischen Magazin zusammen. Neuigkei- Nano Fabrication wurden bestehende Aktivitäten und Infrastruktur ten über Forschungsresultate, Veranstaltungen und Lab unterstützen aus dem Departement Physik gebündelt, um so einen Auszeichnungen teilt das SNI über verschiedene So- Forschende bei professionellen und effektiven Service auf dem zu- cial Media-Kanäle und erreicht auch damit unter- verschiedenen kunftsträchtigen Gebiet der Nanofabrikation anbie- schiedliche Zielgruppen. Fragestellungen. ten zu können. SNI Jahresbericht 2022 11
Das Nanostudium in Basel: Anspruchsvoll in familiärem Umfeld Das Nanowissenschaftsstudium an der Universität Basel zeichnet sich durch seine Interdisziplinarität, die praxisnahe Ausbildung, die gute Betreuung und den exzellenten Zusammenhalt unter den Stu- dierenden aus. Schweizweit bietet nur die Universität Basel einen Bachelor- und ei- nen Masterstudiengang in Nanowissenschaften an. Im Bachelorstudi- um bekommen die Studierenden eine breite Grundausbildung in Bio- logie, Chemie, Physik und Mathematik und erhalten Einblick in die wissenschaftliche Arbeit verschiedener Forschungsgruppen und In- dustrieunternehmen. Im Masterstudium wählen die Studierenden aus den Vertiefungsrichtungen Chemie, Medizinische Nanowissen- schaften, Molekularbiologie oder Physik zwei Fächer aus, in denen sie dann zwei Projektarbeiten und eine Masterarbeit absolvieren. Ende 2022 waren 59 Studierende im Bachelorprogramm und 25 im Masterprogramm eingeschrieben. Vier Studierende haben das Bache- lorstudium erfolgreich abgeschlossen, acht haben ihr Studium mit ei- nem Masterabschluss beendet. 12 SNI Jahresbericht 2022
Studierende der Nanowissen schaften an der Universität Basel unterstützen sich gegenseitig. (Bild: F. Moritz) Exzellente Masterarbeiten Zwei junge Studierende ausgezeichnet Im Jahr 2022 haben Vera Weibel und Ma- thias Claus einen Preis für die beste Mas- terarbeit in Nanowissenschaften an der Universität Basel verliehen bekommen. Vera Weibel hat in ihrer preisgekrön- Vera Weibel Mathias Claus ten Arbeit, die sie an der EPFL geschrie- ben hat, ein supraleitendes Material un- tersucht, das in der Natur nicht vor- «Mathias hat zunächst mit ei kommt und ganz besondere Eigenschaf- ner Idee für den idealen magne ten aufweist. Mathias Claus hat in seiner «Was mich bei der Arbeit von tischen Drehmomentsensor im Masterarbeit am Departement Physik der Vera Weibel besonders beein Nanobereich begonnen. Im Universität Basel eine Torsionswippe ent- druckt hat, ist die erstaunliche Laufe seines Projekts hat er wickelt, mit der sich die Magnetisierung Übereinstimmung zwischen dann ein hochmodernes Her winzig kleiner Magnete genaustens un- den theoretischen Vorhersagen stellungsverfahren entwickelt tersuchen lässt. und dem Experiment.» und nach Tests mit dem Sensor Bericht Vera Weibel: http://bit.ly/3wDj4tR Professor Dr. Christian gezeigt, dass er die bisher ver Bericht Mathias Claus: http://bit.ly/3JqWE6z Schönenberger, wendeten Sensoren teilweise Video: https://youtu.be/DyoPupfgaMs Departement Physik, übertrifft.» Universität Basel Professor Dr. Martino Poggio Departement Physik, Universität Basel SNI Jahresbericht 2022 13
Erfahrung sammeln Grundlage während des Auslandsaufenthalte Studiums erweitern den Horizont Claudia Lotter erhielt den Swiss Nanotechnology PhD Award Zahlreiche Studierende des Nanostudi- ums sammeln während ihres Masterstu- diums Erfahrung im Ausland und bean- Die ehemalige Studentin der Nanowissen- tragen zur finanziellen Unterstützung schaften Claudia Lotter hat im Rahmen Argovia Travel Grants. Durch die Corona- ihrer Masterarbeit am Departement Phar- Pandemie konnten einige Studierende mazeutische Wissenschaften der Univer- ihre geplanten Auslandsaufenthalte je- sität Basel untersucht, wie sich Lipid-Na- doch nicht antreten. Im Jahr 2022 hat sich nopartikel, die für die Gentherapie ent- die Situation wieder etwas normalisiert, wickelt werden, durch die Zusammenset- sodass Studierende ihre Masterarbeiten zung der Lipide optimieren lassen. an verschiedenen internationalen Univer- Sie hat diese Arbeiten im ersten Jahr sitäten absolvieren konnten und durch ihrer Doktorarbeit beendet und die Er- das Argovia Travel Grant-Programm Un- gebnisse im «European Journal of Phar- terstützung bekamen. maceutics and Biopharmaceutics» publi- Milan Liepelt hat an der University of ziert. Für diese Veröffentlichung bekam California Los Angeles (USA) seine Mas- sie im Sommer 2022 anlässlich der Swiss terarbeit im Bereich Quantenbiologie ge- NanoConvention einen Swiss Nanotech- schrieben. Philippe van der Stappen war nology PhD Award, der vom Hightech an der Monash University in Melbourne Zentrum Aargau gestiftet worden war. (Australien), um Zellregionen zu untersu- Bericht: http://bit.ly/3wDFISD chen, die für die Bewegung von Zellen verantwortlich sind. Tamara Utzinger un- tersucht im Rahmen ihrer Masterarbeit an der University of California San Fran- cisco (USA) Immunzellen, welche die Blut- hirnschranke durchdringen und bei neu- rodegenerativen Erkrankungen im Ge- hirn Entzündungen auslösen können. Nicolai Jung hat mit seiner Forschung an der Harvard University (USA) zur Impf- stoffentwicklung gegen Malariaparasiten beigetragen. Mobilität Nanostudium: http://bit.ly/3Jss64m Bericht Nicolai Jung: http://bit.ly/3Y7Lbgd «Ich würde allen Studierenden empfehlen, auch einige Zeit im Ausland zu verbringen. Viel leicht ist es anfangs mit Zusatz arbeit verbunden, aber es lohnt sich auf jeden Fall!» Nicolai Jung ehemaliger Nanostudent und jetzt Forschungsassistent am Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research in Melbourne Claudia Lotter bekam im Rahmen der Swiss Nano- (Australien) Convention 2022 den Swiss Nanotechnology PhD Award von Marcus Morstein (Hightech Zentrum Aargau) überreicht. (Bild: T. Byrne) 14 SNI Jahresbericht 2022
Die Masterfeier ist der krönende Abschluss des Studiengangs Nanowissenschaften. (Bild: K. Schad) Auf hohem Niveau Jährliche Konferenz über Ergebnisse aus den Blockkursen Im fünften und sechsten Semester des Bachelorstudiums absol- vieren Studierende der Nanowissenschaften acht Blockkurse. Im Rahmen dieser sehr beliebten Praktika arbeiten die Studie- renden in unterschiedlichen Forschungsgruppen an eigenen kleinen Projekten. Sie lernen anhand aktueller Forschungs- themen wissenschaftliches Arbeiten und knüpfen Kontakte. Zudem bieten die Kurse die ideale Gelegenheit die eigenen In- teressen noch besser kennen zu lernen, um sich dann im Mas- terstudium für zwei Vertiefungsrichtungen zu entscheiden. Ergebnisse aus den Blockkursen präsentieren die Studieren- den auf einer selbst organisierten Konferenz, SmallTalk ge- nannt. Dabei halten sie vor einem interdisziplinären Publikum mit Forschenden der Universität Basel je einen Vortrag und stellen ein weiteres Thema auf einem Poster vor. Daniel Gaus erklärt Forschenden aus dem SNI-Netzwerk seine Experimente zu einer bakteriellen Nanoharpune, die er in einem Blockkurs am Biozentrum durchgeführt hat. SNI Jahresbericht 2022 15
SNI-Doktorandenschule: Fachleute mit interdisziplinärer Ausbildung Die Doktorierenden der SNI-Doktorandenschule arbeiten an unter- schiedlichen Departementen der Universität Basel, am Paul Scherrer In- stitut, an der Fachhochschule Nordwestschweiz oder am Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel. In ihren jeweiligen Arbeitsgruppen forschen sie an aktuellen nanowissenschaftlichen Fragestellungen und werden zu Spezialistinnen und Spezialisten auf ganz unterschiedlichen Gebieten ausgebildet. Da die Doktorierenden zudem die gemeinsamen Veranstaltungen des SNI besuchen, interagieren sie regelmässig mit Forschenden aus ande- ren Disziplinen und bekommen einen breiten Überblick über zahlreiche aktuelle Forschungsprojekte in den Nanowissenschaften und der Nano- technologie. In den speziell für die SNI-Doktorandenschule entwickelten Kursen ler- nen die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zudem, wie sie ihre Arbeiten professionell präsentieren und wie die ersten Schritte zur Gründung eines Startups aussehen. Ende 2022 waren 40 Doktorandinnen und Doktoranden in der SNI PhD School eingeschrieben. 25% Prozent davon sind Frauen. Sieben Dokto- rierende schlossen ihre Doktorarbeiten erfolgreich ab und sieben neue Dissertationsprojekte werden 2023 starten. Von den 48 SNI-Doktorierenden, die bisher ihre Dissertationen beendet haben, sind 69% in der Industrie beschäftigt, während 31% weiterhin eine akademische Karriere verfolgen. 16 SNI Jahresbericht 2022
Mehdi Heydari hat für seine Doktorarbeit am Paul Thomas Mortelmans arbeitete während seiner Alexina Ollier hat ihre Doktorarbeit am Departe- Scherrer Institut geforscht. Promotion am Paul Scherrer Institut. Jetzt ist er ment Physik der Universität Basel geschrieben. als StepIn-Trainee bei Johnson & Johnson be- Sie arbeitet dort zurzeit als Postdoc bis sie dann schäftigt. in Südkorea eine Postdoc-Anstellung am Center for Quantum Nanoscience antreten wird. Magnetische Eigenschaften Neues Testsystem für Mit dem Pendel Energieverlusten metallorganischer Netzwerke AntikörperSchnelltests auf der Spur Dr. Mehdi Heydari hat im Rahmen seiner Dr. Thomas Mortelmans hat in seiner Dr. Alexina Ollier hat in ihrer Doktorar- Doktorarbeit verschiedene metallorgani- Doktorarbeit ein neuartiges Testprinzip beit Energieverluste und Quanteneffekte sche Netzwerke mit seltenen und exoti- für Antikörper-Schnelltests entwickelt. in zweidimensionalen Materialien unter- schen physikalischen Eigenschaften auf Er hat damit in Blutproben Antikörper sucht. Sie hat dazu mit einem besonderen Oberflächen synthetisiert und anschlie- gegen SARS-CoV-2 und gegen Influenza Rasterkraftmikroskop (AFM) gearbeitet, ssend charakterisiert. A-Viren nachgewiesen. dessen abtastender Federbalken als win- Metallorganische Netzwerke sind po- Anders als andere Schnelltests, die be- ziges hin und her schwingendes Pendel röse Schichten, bei denen organische Mo- stimmte Virusbestandteile nachweisen, fungiert und indirekt Energieverluste bei leküle mit anorganischen Atomen ver- reagiert der von Thomas Mortelmans ent- der Stromleitung messen kann. bunden werden. Die Wahl der Linker- wickelte Test auf Antikörper, die von In- Alexina Ollier hat einlagiges Graphen Atome und deren Koordinationschemie fizierten gegen das Virus gebildet werden. untersucht sowie Molybdändisulfid und zusammen mit den reaktiven Enden oder Für den Test wird eine Blutprobe mit Graphen-Doppelschichten, bei denen die funktionellen Gruppen der Moleküle be- Nanopartikeln vermischt, die an be- eine Schicht gegenüber der anderen im stimmen die Selbstorganisation und die stimmte Strukturen an der Oberfläche der magischen Winkel verdreht ist und die Struktur dieser Netzwerke. Neben der Antikörper binden. Andere hinzugefügte ganz besondere elektrische Eigenschaf- Struktur hängen auch die magnetischen fluoreszierende Partikel binden spezifisch ten besitzt. Sie konnte zeigen, dass sich und elektrischen Eigenschaften entschei- an die Antikörper der Patienten. Die so die drei verschiedenen 2D-Materialien dend von der Wahl der Komponenten ab. aufgearbeitete Blutprobe wird dann auf hinsichtlich des Energieverlusts und ih- Nach der Synthese mehrerer dieser eine Plexiglasscheibe getropft, in die nach rer quantenmechanischen Effekte stark metallorganischen Netzwerke hat Mehdi einem ausgeklügelten Schema Nanoka- unterscheiden. Heydari gezeigt, dass der Magnetismus, näle geätzt wurden. Bei der Passage durch Das freischwebende einlagige Gra- der normalerweise in solchen Netzwer- die Nanokanäle, die ohne technische phen verhielt sich ähnlich wie Quanten- ken zu beobachten ist, bei Netzwerken Hilfsmittel erfolgt, bleiben die Antikör- punkte. In der verdrehten Graphen-Dop- mit dreieckiger Konnektivität aufgeho- per-Nanopartikel-Aggregate an besonders pelschicht beobachte Alexina Oszillatio- ben wird. Dieses Phänomen wird als Frus- engen Stellen, die mit der Grösse des Na- nen der Energieverluste als Funktion des tration eines physikalischen Systems be- nopartikels übereinstimmen, hängen. äusseren Magnetfeldes, was wahrschein- zeichnet. Dank der fluoreszierenden Anhängsel lich mit quantenmechanischen Interfe- Frustrierte metallorganische Netz- lässt sich dies unter dem Mikroskop be- renzeffekten zusammenhängt. In einer werke sind interessante Modellsysteme obachten. Atomlage von Molybdändisulfid stellte sie für das komplexe Verhalten von statis- Das System lässt sich auf Antikörper einen Phasenübergang zwischen Ferro- tisch fluktuierenden Systemen wie Spin- gegen ganz unterschiedliche Viren anpas- magnetismus und Paramagnetismus fest. Gläsern. Die Koordinationschemie bietet sen. Es bietet dabei nicht nur einen sen- Video: https://youtu.be/gzlXDVMMDd0 eine einzigartige Gelegenheit für die Ent- sitiven Nachweis einer Infektion, son- Beitrag in SNI INSight: http://bit.ly/3WQihjA wicklung neuartiger Materialien in der dern liefert aufgrund unterschiedlicher Spintronik und Quanteninformations- Signalstärken auch Information über die technologie. Reaktion des Immunsystems. Publikation: https://bit.ly/40hHmH9 Video: https://youtu.be/7VKskNZCoMc SNI Jahresbericht 2022 17
Mehdi Ramezani ist jetzt als Application Scientist Lukas Sponfeldner arbeitet zurzeit als Postdoc am Shubham Singh hat seine Doktorarbeit am Bio- bei Chemspeed Technologies beschäftigt. Departement Physik der Universität Basel. zentrum der Universität Basel geschrieben. Er forscht jetzt am Karolinska-Institut in Schweden. Supraleitende Kontakte Kombination von guten Eigenschaften Unnatürliche Aminosäuren In seiner Doktorarbeit hat Dr. Mehdi Ra- Dr. Lukas Sponfeldner hat in seiner Pro- zur Untersuchung von Proteinen mezani eine neuartige Methode entwi- motion die optischen und elektronischen In seiner Doktorarbeit hat Dr. Shubham ckelt, um erstmals elektrische supralei- Eigenschaften von zweidimensionalen Singh einen Screening-Werkzeugkasten tende Kontakte zu einer zweidimensio- Halbleitern manipuliert und studiert. In entwickelt und getestet, mit dem unna- nalen Schicht des Halbleiters Molybdän- einem Teil der Arbeit hat er unterschied- türliche Aminosäuren an bestimmten disulfid herzustellen. liche Arten von Elektron-Loch-Paaren in Stellen in Proteine eingebaut werden Für zukünftige Anwendungen in der dem van-der-Waals-Material Molybdän- können. An diese Aminosäuren können Elektronik untersuchen Forschende Halb- disulfid gekoppelt. Fluoreszenzfarbstoffe oder andere bio- leiter aus nur einzelnen atomaren Schich- In dem zweidimensionalen Material physikalische Sonden kovalent binden ten. Sie können verschiedene Monolagen verlassen Elektronen durch Anregung und damit die detailgenaue Untersu- stapeln und damit Materialien mit beson- mit Licht ihren Platz in dem sogenannten chung der Proteine ermöglichen. deren Eigenschaften entwickeln. Teilweise Valenzband und gelangen ins Leitungs- Proteine sind biologische Nanoma- beruhen diese auf komplexen quantenme- band. Es entsteht ein positiv geladenes schinen, die für das Überleben eines Or- chanischen Phänomenen, die in der Quan- Loch, das zusammen mit dem negativ ge- ganismus elementar sind. Ihre Funktion tentechnologie genutzt werden können. ladenen Elektron ein Elektron-Loch-Paar zu verstehen, ist daher von grossem Inte- Um diese Phänomene besser untersuchen bildet. In zweilagigem Molybdändisulfid resse beispielsweise für die Bekämpfung zu können, ist die von Mehdi Ramezani bilden sich nach der Anregung mit Licht von Krankheiten oder für Protein Engi- entwickelte Methode sehr hilfreich. zwei verschiedene Arten von Elektron- neering. Um Proteine im Detail zu unter- Wichtig war dabei die empfindliche Loch-Paaren – je nachdem, ob Loch und suchen, übertragen Forscher die «Bauan- atomare Halbleiterschicht zu schützen, Elektron in verschiedenen oder derselben leitung» der Proteine (Gene) in Säugetier- da Verunreinigungen und Defekte den Lage liegen. zellen und lassen diese dann die Proteine Transport elektrischer Ladung stark be- Lukas Sponfeldner hat nun diese bei- produzieren. Wenn das übertragene ge- einträchtigen. Bei seinem Forschungsan- den Arten von Elektron-Loch-Paaren ex- netische Material in einer bestimmten satz hat Mehdi Ramezani diese daher mit perimentell gekoppelt und damit die gu- Weise verändert und der genetische Code dünnen Schichten aus isolierendem Bor- ten Eigenschaften beider Arten kombi- für die Säugetierzellen erweitert wird, nitrid eingekapselt. Vorab hat er jedoch niert. Je nach Bedarf konnte er auf diese führt die anschliessende Proteinbiosyn- die vertikalen supraleitenden Kontakte in Weise verschmolzene Teilchen erzeugen, these zu einem Protein, das unnatürliche die Schutzschicht eingebettet. die sowohl sehr hell sind als auch sehr Aminosäuren an den Zielstellen enthält. Prinzipiell lassen sich die neu entwi- stark miteinander interagieren. Mit die- Shubham Singh hat nun ein zellba- ckelten vertikalen Kontakte zu den Halb- ser Methode wäre es möglich eine neuar- siertes Testsystem entwickelt, mit dem leiterschichten auf eine Vielzahl verschie- tige Quelle für einzelne Lichtteilchen sich die Effizienz des Einbaus der unna- dener Halbleiter anwenden. herzustellen, die für die Quantenkommu- türlichen Aminosäuren in einem Hoch- Publikation: https://bit.ly/3WNxW3e nikation wichtig sind. Zudem ist die Un- durchsatz-Screening-Verfahren bestim- Medienmittung: http://bit.ly/3Hkt2VE tersuchung und Modellierung der Kopp- men lässt. Er hat zudem eine systema- Video: https://youtu.be/CsjOtEsh7qA lung relevant für das Verständnis der tische Strategie für den Einbau der un- fundamentalen Halbleiterphysik. natürlichen Aminosäuren in Proteinen, Publikation: https://bit.ly/3HkYrre die von Säugetierzellen produziert wer- Medienmitteilung: http://bit.ly/40geiQg den, entwickelt und getestet und damit Video: https://youtu.be/Sq_KVBM_WzI ein Werkzeug zu Untersuchung der Pro- teindynamik geschaffen. 18 SNI Jahresbericht 2022
«Ich würde die SNIDoktoranden «Da wir untereinander ein so schule allen empfehlen, die sich für gutes Verhältnis hatten, konnten wir interdisziplinäre Wissenschaft inter uns bei den SNIKursen ganz offen essieren. Ich selbst würde jederzeit Feedback geben – was mir sehr ge wieder an die SNIDoktoranden holfen hat, jetzt sicher und mit schule nach Basel gehen.» Selbstvertrauen meine Arbeit vor Dr. Thomas Mortelmans, stellen zu können.» ehemals SNI-Doktorand und jetzt Dr. Alexina Ollier, ehemals SNI-Dokto- StepIn-Trainee bei Johnson & Johnson randin und jetzt Postdoktorandin Jann Ungerer ist zurzeit Postdoc am Departement Physik der Universität Basel. Kopplung von Lichtquanten und SpinQubit Dr. Jann Ungerer hat in seiner Doktorar- beit ein einzelnes Lichtteilchen (Photon) mit einem Spin-Qubit, der kleinsten In- formationseinheit eines zukünftigen Quantencomputer, gekoppelt. Er leistet damit einen Beitrag zur Realisierung ei- nes spinbasierten Quantencomputers, indem er die Möglichkeit aufzeigt, mit Photonen Cluster von Spin-Qubits mitei- nander zu koppeln. Jann Ungerer hat dazu einzelne Licht- teilchen mit einer Wellenlänge im Mik- rowellenbereich verwendet. Normaler- weise gibt es nur eine geringe Wechsel- wirkung der Photonen mit dem Eigen- drehimpuls (Spin) eines Elektrons. Ver- wenden die Forschenden jedoch einen speziellen supraleitenden Resonator, der einzelne Photonen speichert, wird die Wechselwirkung zwischen Photon und Spin verstärkt. Auf diese Weise ist es dem Forscher gelungen, ein einzelnes Licht- teilchen mit einem Elektron-Spin in ei- nem Doppelquantenpunkt zu koppeln. Quantenpunkte sind winzig kleine Strukturen, in denen die Ladungsträger in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt sind, so dass sich einzelne Elektronen ein- fangen und manipulieren lassen. In seiner Arbeit hat Jann Ungerer zur Erzeugung Beim Annual Event des SNI stellen die Doktorierenden ihre der Doppelquantenpunkte einen Nano- Arbeiten dem SNI-Netzwerk vor. Josh Zuber hat dabei den draht aus dem Halbleitermaterial Indium- Preis für den besten Vortrag gewonnen. Ajmal Roshan konnte mit seinem Poster überzeugen. arsenid verwendet, bei dem zwei verschie- dene Kristallstrukturen einen Doppel- quantenpunkt entstehen lassen und die Kopplung zwischen Photon und Spin möglich machen. Publikation: https://bit.ly/3YRdAYh SNI Jahresbericht 2022 19
Ausgezeichnet Preise für exzellente SNIDoktorierende Swiss Nanotechnology PhD Award Young Researcher Award Der ehemalige Doktorand der SNI-Dokto- Die ehemalige SNI-Doktorandin Dr. randenschule Dr. Thomas Mortelmans Alexina Ollier hat beim International hat im Rahmen der Swiss NanoConven- Vacuum Congress 2022 in Sapporo Der ehemalige SNI-Doktorand tion 2022 einen der fünf PhD Awards ver- (Japan) einen Young Researcher Thomas Mortelmans erhielt 2022 liehen bekommen. Er erhielt diese von Award verliehen bekommen. Sie er- einen der Swiss Nanotechnology Sensirion gestiftete Auszeichnung für hielt diese von der Canon Anelva Cor- PhD Awards. eine Publikation als Erstautor in dem Wis- poration gestiftete Auszeichnung für senschaftsjournal «ACS Applied Nanoma- ihren Vortrag über elektronische Ei- terials». genschaften von einlagigem, freiem Thomas Mortelmans beschreibt in Graphen. Im Rahmen ihrer vom SNI dieser Veröffentlichung die Entwicklung unterstützten Doktorarbeit arbeitete eines neuartigen Funktionsprinzips für sie mit derartigen atomaren Verbin- COVID-19-Schnelltests, mit dem sich auch dungen und untersuchte Energiever- andere Viren wie Influenza A nachweisen luste in verschiedenen zweidimensi- lassen oder der Status der Krankheit be- onalen Materialien. stimmt werden kann. Bericht: http://bit.ly/3WQihjA Bericht: http://bit.ly/3Y5TLfn Video: https://youtu.be/gzlXDVMMDd0 Video über Veröffentlichung: Die ehemalige SNI-Doktorandin https://youtu.be/7VKskNZCoMc Alexina Ollier bekam 2022 einen Video über die SNIDoktorandenschule: Young Researcher Award. https://youtu.be/9dqX_vimmcY SPSPreis Die Schweizerische Physikalische Gesell- schaft (SPS) hat 2022 dem ehemaligen SNI-Doktoranden Dr. Thomas Karg den von METAS gesponsorten SPS-Preis für Metrologie verliehen. Thomas Karg und seine Kollegen beob- achteten zum ersten Mal eine starke Kopp- Der ehemalige SNI-Doktorand lung zwischen einem nanomechanischen Thomas Karg erhielt 2022 Oszillator und einem atomaren Spin-En- einen SPS-Preis. semble. Sie verwendeten dazu einen neu- artigen Ansatz, bei dem die beiden Sys- teme durch Licht über eine makroskopi- sche Distanz gekoppelt werden. Diese Er- gebnisse ermöglichen neue Anwendun- gen, die von der Quantenmetrologie und der Vernetzung bis hin zu Quantenrück- kopplungsexperimenten und kohärenten Verbindungen zwischen Quantenprozes- soren reichen. Sie wurden im Wissen- schaftsjournal «Science» veröffentlicht. Bericht: http://bit.ly/3YHZ314 20 SNI Jahresbericht 2022
SNI Winter School Nanoscience in the Snow «Ich war wirklich begeistert von der Qualität aller Vorträge. Es zahlt sich aus, dass wir unsere Doktorieren den nicht nur wissenschaftlich aus Die SNI-Winterschule «Nanoscience in the Nach erzwungener Corona-Pause fand bilden, sondern auch Rhetorikkurse Snow» ist immer wieder ein Highlight für «Nanoscience in the Snow» im Januar 2022 anbieten.» die SNI-Doktorierenden und die eingela- wieder als Präsenzveranstaltung statt – Dr. Andreas Baumgartner, denen Gastdozentinnen und -dozenten. dieses Mal in Zermatt. Trotz bestem Wet- Leiter der SNI-Doktorandenschule Bei der jährlich stattfindenden Veran- ter und atemberaubender Kulisse fiel es staltung kommen die Teilnehmenden aus den Teilnehmerinnen und Teilnehmern ganz unterschiedlichen Disziplinen. Sie nicht schwer, sich auf die zahlreichen haben die Gelegenheit Neues von führen- spannenden wissenschaftlichen Vorträge «Veranstaltungen wie die Winter den Wissenschaftlerinnen und Wissen- zu konzentrieren und die Chance des in- School und der SNI Annual Event schaftlern zu lernen, sich in ungezwun- terdisziplinären Austauschs zu nutzen. sind echte Highlights und ich habe gener Atmosphäre über ihre eigenen Pro- Bericht: http://bit.ly/3WNzUke dort viel über verschiedene The jekte auszutauschen und in wechselnden Video: https://youtu.be/KfnFZbJneOc menbereiche gelernt. Diese Regionen in den Schweizer Bergen auch Erkenntnisse erlauben mir heute, ein paar Stunden gemeinsam im Schnee Probleme aus verschiedenen Blick zu verbringen. winkeln zu betrachten.» Dr. Thomas Mortelmans, ehemaliger SNI-Doktorand Bei der SNI Winter School treffen sich die Doktorierenden des SNI und Forschende verschiedener Disziplinen zum intensiven wissenschaftlichen Austausch. 2022 fand Nanoscience in the Snow in Zermatt statt. SNI Jahresbericht 2022 21
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Spin- Korrelation zwischen gepaarten Elektronen nachgewiesen Zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter gibt es eine negative Korrelation. Derartige Untersuchungen tra gen zum Verständnis quantenmechanischer Phäno mene bei. Mehr zu dieser Forschung auf Seite 31. SNI Jahresbericht 2022 23
Forschungsresultate: Grundlage für verschiedene Anwendungen Die Grundlagenforschung spielt am SNI von jeher eine wichtige Rol- le. Erst, wenn wir die Grundlagen verstehen, lassen sich sinnvolle Anwendungen entwickeln. Die Mitglieder des SNI-Netzwerks forschen dazu in ganz unterschied- lichen Bereichen. Sie untersuchen Phänomene, in der oft schwer ver- ständlichen Welt der Quanten, entwickeln neue Methoden zur Analy- se und Abbildung von winzigen Nanostrukturen, untersuchen neu- artige Materialien oder versuchen die Funktionsweise natürlicher Nanomaschinen zu verstehen. Im Jahr 2022 haben Forschende aus dem SNI-Netzwerk 44 Publikati- onen in angesehenen Wissenschaftsjournalen veröffentlicht. Ein Grossteil der Themen dreht sich dabei um quantenmechanische oder physikalische Phänomene, da traditionell zahlreiche SNI-Mitglieder ei- nen physikalischen Hintergrund besitzen. Jedoch zeigen die folgen- den Beispiele, dass die Nanowissenschaften auch in anderen Diszipli- nen zu neuen Erkenntnissen und Anwendungen beitragen. 24 SNI Jahresbericht 2022
Neuer Schnelltest könnte parallel Corona und Grippe Bessere Probenvorbereitung mit dem cryoWriter nachweisen Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine verbesserte Forschende der Universität Basel und des Paul Scherrer Instituts mikrofluidische Probenvorbereitung für die Elektronenmikros- haben einen COVID-19-Schnelltest mit einem neuartigen Funk- kopie vorgestellt. Sie vermeiden mit ihrer Methode das soge- tionsprinzip entwickelt. Noch muss er weiter geprüft und ver- nannte Papierblotting, das zu einem hohen Verlust der Proteine bessert werden, doch erste Ergebnisse sind vielversprechend: führt. Zum anderen optimieren sie die Bedingungen derart, dass Der Test verspricht nicht nur Resultate über das Vorliegen einer es zu deutlich weniger Schäden der Probe an der Luft-Wasser- COVID-19-Erkrankung, sondern auch über ihren Status. Dane- Grenzfläche kommt. ben könnte der Test auch andere Erkrankungen und verschie- Originalpublikation: https://bit.ly/3HICnrQ dene COVID-Varianten nachweisen. Medienmitteilung: http://bit.ly/3WPpmko Video: https://youtu.be/7VKskNZCoMc Neuer Ansatz in der Biosensorik Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine neuartige Be- schichtung aus einem Polymer und Kohlenstoffnanoröhrchen entwickelt, die sich für die Beschichtung von miniaturisierten Elektroden eignet. Derartige Elektroden, bei denen leitfähige Nanomaterialien in eine abweisende Matrix eingebettet sind, können in der patientennahen Labordiagnostik eingesetzt wer- den. Die neuartige Beschichtung schützt die Elektroden vor Verschmutzung – was bei komplexen Proben wie Blutserum immer wieder ein Problem darstellt. Das Swiss Nanoscience Institute hat diese Zusammenarbeit von Forschenden des CSEM, der Hochschule für Life Sciences FHNW und der Firma MOMM Diagnostics im Rahmen seines angewandten Forschungsprogramms Nano-Argovia gefördert. Originalpublikation: https://bit.ly/3HkESPA Der ehemalige SNI-Doktorand Thomas Mortelmans hat im Rahmen seiner Doktorarbeit in der SNI-Doktorandenschule einen Schnelltest für Infektionen mit SARS-CoV-2 entwickelt. (Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic) Zeitgewinn durch frühe Diagnose Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben gezeigt, dass sich na- nomechanische Sensoren bestens eignen, um schon wenige Bakterienkeime im Blut schnell und zuverlässig nachzuweisen. Das interdisziplinäre Team beschreibt im Wissenschaftsjournal «Biosensors», dass sich mit der Methode eine Sepsis schon in einem frühen Stadium diagnostizieren lässt – was mehr Zeit für eine erfolgreiche Behandlung gibt. Originalpublikation: http://bit.ly/3Rjk2VF Blutprobe mit Bakterien Bakterien innerhalb von Minuten nachge- wiesen Mit einem nanomechanischen Sensor lassen sich wenige Bakterien in einer Eine neue Beschichtung von miniaturisierten Elektroden für die patientenna- Blutprobe nachweisen. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) he Labordiagnostik verhindert Verunreinigungen – ein Problem bei komple- xen Proben wie Blutserum. (Bild: CSEM Allschwil) SNI Jahresbericht 2022 25
Schutzgarde für den Zellkern Modell der Kernpore. Der Zellkern wird von einer hochgradig gesicherten Tür, der (Bild: Biozentrum, Universität Basel) sogenannten Kernpore, bewacht, die den Stofftransport vom Zytoplasma zum Zellkern und zurück regelt. Die Forschungs- gruppe um Argovia-Professor Dr. Roderick Lim von der Univer- sität Basel hat nun gezeigt, dass verschiedene spezialisierte Proteine die Kernpore bewachen, um den unerwünschten Aus- tritt von Stoffen zu verhindern. Dabei bilden diese verschiede- nen sogenannten Shuttle-Proteine einen austrittssicheren Me- chanismus, indem sie gegenseitig füreinander einspringen und so die Pore absichern. Medienmitteilung: http://bit.ly/3DpPxr6 26 SNI Jahresbericht 2022
NanoHeizung ermöglicht Arbeit von Enzymen bei Minusgraden Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine Strategie entwi- ckelt, um die Aktivität eines natürlichen Biokatalysators bei tiefen Temperaturen bis zu -10°C zu ermöglichen. Ein Team aus dem SNI-Netzwerk von der Hochschule für Life Sciences FHNW hat dazu Enzyme, die aus einer antarkti- schen Hefe isoliert wurden, zusammen mit Gold-Nanopartikeln auf der Oberfläche von Siliziumdioxidpartikeln immobilisiert. Optisch angeregt beginnen die Goldpartikel Wärme im Nano- meterbereich abzustrahlen. Den benachbarten Enzymen, die auch in der Natur an kalte Temperaturen angepasst sind, rei- chen die winzigen Wärmemengen aus um ihre katalytische Arbeit bei Temperaturen bis zu -10°C zu verrichten. Das System funktioniert allerdings nur, wenn die eingebetteten Goldnano- partikel und Enzyme durch eine nanometerdünne Schicht von der Umgebung abgeschirmt sind. Originalpublikation: http://bit.ly/3D0y7kN Die Cycloalkane passen ihre Form an, wenn sie in winzige Poren einge- schlossen werden. (Bild: Departement. Physik, Universität Basel) Kühlung von Materie aus Distanz Forschende der Universität Basel können zwei Quantensysteme über eine Distanz von einem Meter zu einem Regelkreis verbin- den. In diesem Regelkreis wird das eine Quantensystem – eine vibrierende Membran – durch das andere Quantensystem – eine Die Nano-Heizung ermöglicht Enzymen die Arbeit bei Minusgraden (Bild: Wolke von Atomen – gekühlt. Die beiden Systeme sind über FHNW) Laserlicht miteinander gekoppelt. Derartige Schnittstellen, an denen Quantensysteme unterschiedlicher Natur auch über ver- gleichsweise grosse Distanzen interagieren, sind für zukünftige Tanzende Moleküle Quantentechnologien von grosser Bedeutung. Wenn Cycloalkane in nanometergrosse Poren eingeschlossen Medienmitteilung: http://bit.ly/3JqsyA5 werden, passen sie ihre Form an – ähnlich wie beim induced fit Video: https://youtu.be/gWER3ToDqNo concept aus der Biochemie beschrieben. Die Moleküle verhalten sich dabei nicht alle gleich. Bei zunehmendem Platzmangel und tiefen Temperaturen unter 5K beginnen sich die Moleküle in überraschender Weise zu bewegen. Forschende aus dem SNI-Netzwerk von der Universität Basel und vom Paul Scherrer Institut haben dies anhand rastertun- nelmikroskopischer Bilder belegt und ihre Ergebnisse in «The Journal of Physical Chemistry Letters» publiziert. Originalpublikation: https://bit.ly/3kT76cS Über Licht wird eine vibrierende Membran mit einer Wolke aus Atomen zu ei- nem Regelkreis gekoppelt. Die Temperatur der beiden unterschiedlichen Quan- tensysteme bestehend aus der Membran und den Spins der Elektronen regu- liert sich so gegenseitig, ohne dass eine Messung von aussen notwendig ist. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) SNI Jahresbericht 2022 27
Photonenzwillinge ungleicher Herkunft Abbildung von supraleitenden QubitBauelementen mit Identische Lichtteilchen (Photonen) sind wichtig für viele Tech- scannendem SQUID nologien, die auf der Quantenphysik beruhen. Ein Team von Physiker der Universität Basel um Argovia-Professor Dr. Martino Forschenden aus Basel und Bochum hat nun identische Photo- Poggio und der ETH Zürich haben ein supraleitendes Quanten- nen mit unterschiedlichen Quantenpunkten erzeugt – ein wich- interferometer (scanning superconducting quantum interfe- tiger Schritt für Anwendungen wie abhörsichere Kommunika- rence device, SQUID) verwendet, um den Stromfluss eines für tion und Quanteninternet. das Quantencomputing entwickelten supraleitenden Geräts Medienmitteilung: http://bit.ly/3jdNHD1 abzubilden. Die Daten helfen, die Qubit-Steuerung zu optimie- Video: https://youtu.be/VluqCm5PFAY ren. Der Artikel erschien in «Applied Physics Letters». Originalpublikation: https://bit.ly/3jevmFM Die Quantenpunkte der Basler Forschenden sind zwar unterschiedlich, sen- den aber haargenau identische Lichtteilchen aus. (Bild: Departement Physik, Karte des Magnetfelds, die den Fluss der Stromdichte innerhalb des Geräts Universität Basel) zeigt. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) Laserlicht beliebiger Wellenlänge Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine Plattform für «Heisse» SpinQuantenbits in Siliziumtransistoren resonante Verstärkung von sogenannten nichtlinearen opti- Quantenbits (Qubits) sind die kleinsten Informationseinheiten schen Prozessen entwickelt, die es ermöglichen könnte Laser- eines Quantencomputers. Zu den aktuell grössten Herausforde- licht beliebiger Wellenlänge zu produzieren. Sie verbinden da- rungen bei der Entwicklung eines solch leistungsfähigen Com- bei eine keilförmige Diamantmembran mit zwei eng beieinan- puters zählt die Skalierbarkeit. Einen Durchbruch in diese Rich- der liegenden, stark reflektierenden Spiegeln (Fabry-Perot-Mi- tung hat eine Forschungsgruppe der Universität Basel zusam- krokavität). Auf diese Weise können die Forschenden die Reso- men mit Kollegen des IBM Forschungslabors in Rüschlikon zu nanzfrequenz der Kavität und damit die Wellenlänge des verzeichnen. nichtlinearen Prozesses sowohl über den Abstand der Spiegel Medienmitteilung: http://bit.ly/3RjqsUL zueinander wie auch über die Dicke der Diamantmembran re- gulieren. In dem Wissenschaftsjournal «Optica» berichtet das Wissenschaftlerteam aus Stanford, Calgary und Basel, dass ihr Ansatz den Weg zu einem universellen Frequenzschieber für Laserlicht ebnen könnte. Medienmitteilung: http://bit.ly/3RjQ5EJ Die neu entwickelten Qubits beruhen auf sogenannten Löchern (rot), deren Eigendrehimpuls (Pfeile) in die eine oder die andere Richtung die Informati- on speichert. Angeordnet sind sie in einer an Siliziumtransistoren angelehn- ten Architektur. (Illustration: NCCR Spin) Die Plattform mit zwei eng beieinander liegenden, stark reflektierenden Spiegeln und einer keilförmigen Diamantmembran ebnet den Weg für einen universellen, niedrigschwelligen Frequenzschieber für Laserlicht. (Bild: Flågan, Riedel und Scixel) 28 SNI Jahresbericht 2022
Unerwartete geschwindigkeitsabhängige Reibung Die Reibung zwischen der Spitze eines Raster- In der Makrowelt ist Reibung eigentlich nicht von der Geschwin- kraftmikroskops und den Moiré-Überstrukturen digkeit abhängig, mit der sich zwei Flächen aneinander vorbei ist überraschenderweise abhängig von der Ge- schwindigkeit, mit der die Spitze über die Ober- bewegen. Genau das haben nun jedoch Forschende aus Basel fläche geführt wird. (Bild: Departement Physik, und Tel Aviv bei speziellen Strukturen von Graphen auf einer Universität Basel und Scixel) Platinoberfläche beobachtet. Medienmitteilung: http://bit.ly/3Rx0Xzr SNI Jahresbericht 2022 29
Methoden zur Untersuchung von zweidimensionalen Kopplung von ElektronLochPaaren Materialien Physikern der Universität Basel ist es erstmals gelungen, unter- In einem Übersichtsartikel in der Wissenschaftszeitschrift «Na- schiedliche Arten von Elektron-Loch-Paaren (Exzitonen) in dem ture Reviews Physics» veröffentlichten Forschende um den van-der-Waals-Material Molybdändisulfid zu koppeln. Die For- Argovia-Professor Dr. Martino Poggio eine Analyse der bildge- schenden können dadurch die unterschiedlichen Eigenschaften benden Verfahren für schwache Magnetfelder. Die Publikation der zwei Arten von Elektron-Loch-Paaren nutzen und regeln. liefert eine technische Übersicht über verschiedene Methoden, Diese erfolgreiche Kopplung könnte dazu dienen eine neuartige die sich für die Untersuchung von 2D-Materialien eignen und Quelle für einzelne Lichtteilchen (Photonen) herzustellen. Zu- damit Möglichkeiten zur Untersuchung von Phänomenen wie dem ist die Untersuchung und Modellierung der Exziton-Exzi- Supraleitung bieten. ton-Kopplung für das Verständnis der fundamentalen Halblei- Originalpublikation: https://bit.ly/3HMy2DX terphysik relevant. Die Forschenden veröffentlichten die Ergeb- nisse zusammen mit Kollegen der Universität Toulouse in dem Wissenschaftsjournal «Physical Review Letters». Medienmitteilung: http://bit.ly/3jevLbg Video: https://youtu.be/Sq_KVBM_WzI Neue Sonde für Abbildung von Magnetfeldern Das Team von Argovia-Professor Dr. Martino Poggio hat eine neue Rastersonde für die Mikroskopie von supraleitenden Quan- teninterferenzgeräten (SQUID) im Nanometerbereich entwi- ckelt, die auf einem berührungslosen Rasterkraftmikroskopie- Cantilever basiert. Mit der Sonde ist die Bildgebung von mag- netischen Feldern mit einer räumlichen Auflösung im Nanome- terbereich möglich. Die Veröffentlichung in dem Wissenschafts- journal «Physical Review Applied» ist ein Beitrag zu einem FET- Open-Projekt, das vom Poggio-Team geleitet wird. Originalpublikation: https://bit.ly/3YwAZyj Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben verschiedene Abbildungsmetho- den für schwache Magnetfelder, die eine Auflösung im Nanometermassstab ermöglichen, verglichen. (Bilder: Departement Physik, Universität Basel) Die neue Sonde ermöglicht die hochaufgelöste Abbildung von schwachen magnetischen Feldern. (Bild: Departement Physik, Universität Basel) 30 SNI Jahresbericht 2022
SpinKorrelation zwischen gepaarten Elektronen Ultrakalte Schaltkreise nachgewiesen Materialien extrem abzukühlen ist wichtig für die physikalische Physiker der Universität Basel haben erstmals experimentell Grundlagenforschung und technische Anwendungen. Basler belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den bei- Forschern ist es nun gelungen, einen elektrischen Schaltkreis den Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem auf einem Chip durch Verbesserung eines speziellen Kühl- Supraleiter. Für ihre Untersuchung verwendeten sie Spinfilter schranks und eines Niedrigtemperatur-Thermometers auf 220 aus Nanomagneten und Quantenpunkten, wie sie im Wissen- Mikrokelvin zu kühlen – nahe dem absoluten Temperatur-Null- schaftsjournal «Nature» berichten. punkt. Medienmitteilung: http://bit.ly/3XPobTo Medienmitteilung: http://bit.ly/40r44gn Der Kryostat, mit dem die Basler Physiker eine Rekordtemperatur von 220 Mikrokelvin erreichten. In der Bildmitte ist das spezielle Thermometer inklu- sive Massstab zu sehen (goldenes Rechteck). (Bild: Departement Physik, Elektronen verlassen einen Supraleiter nur als Paare mit jeweils entgegen- Universität Basel) gesetztem Spin. Werden beide Wege der Elektronen für eine Spinart durch parallele Spinfilter blockiert, sind gepaarte Elektronen aus dem Supraleiter blockiert – der Stromfluss nimmt ab. (Bild: Departement Physik, Universität Basel, und Scixel) ElektrosprayMethode erweitert Spektrum an verschiedenen Graphenbändern Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben unterschiedliche Schwebend dank Schallwellen Graphen-Nanobänder mithilfe der Hochvakuum-Elektrospray- Forschende aus dem SNI-Netzwerk untersuchen Methoden um Deposition auf Oberflächen aufgebracht. Dabei gelang es ihnen Partikel mithilfe von Schallwellen in der Luft zu halten (akus- längere Graphen-Nanobänder mit Eigenschaften zu untersu- tische Levitation) – beispielsweise für kristallographische Un- chen, die mit der Oberflächensynthese schwer oder gar nicht tersuchungen von Proteinen. In einer Veröffentlichung in «Ap- zu erreichen sind. So lassen sich in Lösung verschiedene tem- plied Physics Letters» untersuchen sie Ultraschallrotoren als peraturempfindliche funktionelle Gruppen integrieren oder Probenhalter. Sie zeigen den Einfluss von Grösse und Form der auch verdrillte Graphenbänder herstellen. Die Hochvakuum- Rotoren, mit deren Hilfe eine kontrollierte Rotation der akus- Elektrospray-Methode erlaubt auch die Abscheidung von Gra- tisch in der Schwebe gehaltenen Proben möglich ist. phen-Nanobändern auf Substraten, die bisher bei der Synthese Originalpublikation: https://bit.ly/3HiP2QW auf der Oberfläche nicht zur Verfügung standen. Originalpublikation: https://bit.ly/3jewI3k Mit der Hochvakuum-Elektrospray-Deposition können ausgedehnte Gra- phen-Nanobänder mit besonderen Eigenschaften für hochauflösende Studi- en zugänglich gemacht werden. (Bild: S. Scherb, Departement Physik, Uni- versität Basel) Winzige Rotoren lassen sich durch akustische Wellen in der Schwebe halten. (Bild: S. Jia, Biozentrum, Universität Basel) SNI Jahresbericht 2022 31
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Neue Elektroden für komplexe Proben Forschende im NanoArgoviaProjekt PEPS haben eine neu artige Beschichtung von miniaturisierten Elektroden für die patientennahe Labordiagnostik entwickelt. Sie enthält leit fähige Nanomaterialien und verhindert Verunreinigungen. Im NanoArgoviaProgramm des SNI untersuchen interdisziplinäre Forscherteams angewandte Fragestellun gen in Zusammenarbeit mit mindestens einem Partner aus der Industrie. Im NanoArgoviaProjekt PEPS war MOMM Diagnostic beteiligt – ein Startup, das von einem ehemali gen Nanowissenschaftsstudenten gegründet worden war. Mehr dazu auf Seite 40 SNI Jahresbericht 2022 33
Nano-Argovia-Programm: Interdisziplinäre angewandte Projekte in Zusammenarbeit mit Firmen aus der Nordwest- schweiz Den Technologie- und Wissenstransfer fördert das SNI im Rahmen des Nano-Argovia-Programms bereits seit seiner Gründung. Im Jahr 2022 unterstützte das SNI insgesamt zwölf angewandte Forschungsprojekte in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen aus der Nordwest- schweiz. Die bearbeiteten Themen sind dabei sehr vielfältig. In einigen Projekten werden medizinische oder diagnostische Anwendungen untersucht, in anderen dreht es sich um verbesserte Analyse- oder Bearbeitungsme- thoden verschiedener Materialien. Die Hälfte der Partnerfirmen kam im Jahr 2022 aus dem Kanton Aar- gau, die andere Hälfte aus einem der beiden Basler Halbkantone. Dabei sind sowohl junge Startups vertreten wie auch etablierte Unternehmen aus der Region. Das Technologietransferzentrum ANAXAM, dessen Gründungsmitglied das SNI ist, beteiligte sich 2022 mit einem Projekt am Nano-Argovia-Programm. 34 SNI Jahresbericht 2022
In einem Bioreaktor an der Hochschule für Life Innovative Kombination im Kampf gegen Krebs Sciences FHNW werden die Nanobodies herge- Im Nano-Argovia-Projekt B7H3 Nanobody PC entwickelten For- stellt, die dann mit einem Polymer kombiniert werden. (Bild: O. Germershaus, FHNW) schende ein neuartiges Nanobody-Polymer-Konjugat, um bös- artige Tumore sowohl darzustellen als auch zu behandeln. Es handelt sich dabei um eine Kombination aus einem zellspezi- fischen Nanobody, der einem sehr kleinen Antikörper gleicht und spezifisch an bestimmte Krebszellen bindet, und einem Polymer, das mit unterschiedlichen Wirkstoffen beladen wer- den kann. Das Nanobody-Polymer-Konjugat wird dabei so ge- staltet, dass es die Bluthirnschranke passieren und dann an das Zielmolekül auf der Oberfläche von Krebszellen im Gehirn bin- den kann. Je nach Wirkstoff, der an das Nanobody-Polymer- Konjugat gebunden wird, könnten so Krebszellen auch im Ge- hirn dargestellt oder bekämpft werden. Kooperation mit: CIS Pharma AG // Hochschule für Life Sci ence FHNW // Paul Scherrer Institut // UniversitätsKinder spital Zürich (ohne Finanzierung durch das SNI) Projektbeschreibung: http://bit.ly/3wUbBX6 «Wir sind optimistisch, dass unsere modular ein setzbare Technologie mit ihrem hohen Grad an Flexi bilität auch geeignet ist, Krebserkrankungen zu dia gnostizieren und zu therapieren, bei denen ein Über winden der Bluthirnschranke erforderlich ist.» Dr. Christian Geraths, CSO bei CIS Pharma AG SNI Jahresbericht 2022 35
Faltbar und rollbar Funktionstest vor dem Schockfrieren Im Nano-Argovia-Projekt META-DISPLAYS entwickelten For- In dem Nano-Argovia-Projekt FuncEM entwickelten Forschende schende ein Bauteil für falt- und rollbare Bildschirme, das die eine Erweiterung des cryoWrite-Systems, mit dem sich winzige Ausbreitung des Lichts gezielt verändert und steuert. Dieser Probenmengen verlustfrei schockgefrieren lassen, bevor sie sogenannte Metasurface-Phasenverzögerer besitzt winzige dann mittels Kryo-Elektronenmikroskopie untersucht werden. Strukturen auf seiner Oberfläche, welche die Phasen des elek- Das Ergänzungsmodul ermöglicht die Abbildung der «leben- tromagnetischen Feldes, das von der Lichtquelle abgestrahlt den» Proben mittels Fluoreszenz- und Dunkelfeld-Lichtmikros- wird, sehr effektiv steuern können. Der Phasenverzögerer muss kopie unmittelbar vor dem Gefrierprozess. Dabei fokussierte zudem farbneutral sein, Licht gut passieren lassen und Rückre- sich das interdisziplinäre Team zunächst auf die Untersuchung flektionen reduzieren. Das Team hat inzwischen eine Kombi- von dünnen Flimmerhärchen, die auch bei zahlreichen Krank- nation identifiziert, mit der eine hohe Transmission und Farb- heiten eine entscheidende Rolle spielen. Die vorgeschaltete neutralität erreicht wird und die Dicke des Phasenverzögerers lichtmikroskopische Untersuchung liefert relevante Informa- verringert werden kann, sodass sich dieser für falt- und rollbare tion über die Funktionalität der untersuchten Zilien. Bildschirme eignet. Kooperation mit: cryoWrite AG // Biozentrum, Universität Kooperation mit: Rolic Technologies Ltd. // CSEM // Paul Basel // Paul Scherrer Institut Scherrer Institut Projektbeschreibung: http://bit.ly/3JE7PZE Projektbeschreibung: http://bit.ly/3wQostG Einfluss kosmischer Strahlung Im Nano-Argovia-Projekt CRONOS untersucht ein interdiszipli- näres Wissenschaftlerteam die Auswirkung kosmischer Strah- lung auf Leistungshalbleiter, die für hohe elektrische Ströme und Spannungen ausgelegt sind. Das Team hat die Leistungs- halbleiter dazu kontrolliert mit Protonen bestrahlt und gleich- zeitig eine elektrische Spannung angelegt. Elektrische und ther- mische Belastungstest der untersuchten Gate-Oxidschichten lieferten dann Information darüber wie physikalische Vorgänge zu Ausfällen führen können und unterstützen die Entwicklung robusterer Leistungshalbleiter. Kooperation mit: SwissSEM GmbH // Hochschule für Tech nik FHNW // ANAXAM Projektbeschreibung: http://bit.ly/3RoKXPR Im Nano-Argovia-Projekt FuncEM entwickeln Forschende ein Ergänzungs- modul für das cryoWrite-System. (Bild: Biozentrum, Universität Basel) «Für uns ist das NanoArgoviaProjekt CRONOS eine ideale Gelegenheit mit Fachleuten auf dem Gebiet der Leistungshalbleiter und der Material analyse zusammen zu arbeiten und von deren Knowhow zu profitieren.» Dr. Arnost Kopta, CTO SwissSEM Technologies AG «Ein MetasurfaceBauteil wird es Rolic ermöglichen, seinen Wettbewerbsvorteil als Materiallieferant für Im Nano-Argovia-Projekt CRONOS untersuchen die Forschenden die Auswir- die DisplayIndustrie zu stärken.» kung kosmischer Strahlung auf Leistungshalbleiter. (Bild: FHNW) Dr. Richard Frantz, Leiter Entwicklung, Rolic Technologies Ltd. 36 SNI Jahresbericht 2022
Linsenkombination für die Biomedizin Winziger Magnetfeldsensor mit grossem Potenzial Ein interdisziplinäres Team hat im Nano-Argovia-Projekt Im Nano-Argovia-Projekt Nanocompass haben Forschende einen ACHROMATIX ein neuartiges Linsensystem entwickelt, das für neuartigen, nanoskaligen Magnetfeldsensor entwickelt, der in- die Transmissions-Röntgenmikroskopie eingesetzt werden dustriell hergestellt werden kann und in zahlreichen Gebieten kann. Die Linsenkombination soll die sogenannte chromatische wie der Qualitätskontrolle oder Medizinaltechnik Verwendung Aberration verschiedener Linsen ausgleichen und sich für bio- finden soll. Der Magnetfeldsensor ist mit weniger als 100 x 100 medizinische Untersuchungen eignen. Die Forschenden haben Nanometern winzig klein. Daher lassen sich zahlreiche dieser dazu zunächst theoretisch berechnet, welche Linsenkombina- Sensoren zusammen mit ihrer Konditionierungs- und Verarbei- tion sich am besten für die verwendeten Röntgenstrahlen eig- tungselektronik auf einem Chip kombinieren. Zudem ist der net. Mithilfe modernster Nanofabrikationstechniken haben sie Stromverbrauch bei einem winzigen Sensor wie diesem gering. die verschiedenen Röntgenlinsen anschliessend hergestellt, Bei ihrem Ansatz kombinierten die Forschenden das sogenannte charakterisiert und getestet, um die ideale Kombination zu Fluxgate-Prinzip, das bisher hauptsächlich bei makroskopi- identifizieren. schen Sensoren Anwendung findet, mit einem spintronischen Kooperation mit: XRnanotech GmbH // Paul Scherrer Insti Bauelement, das auf den Regeln der Quantenmechanik basiert. tut // Biomedical Science Center, Universität Basel Kooperation mit: Camille Bauer Metrawatt AG // Hoch Projektbeschreibung: http://bit.ly/3RoLf9p schule für Life Sciences FHNW // Hochschule für Technik FHNW Projektbeschreibung: http://bit.ly/3HSh6fB Kolorierte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer hochdichten An- ordnung von magnetischen Tunnelkontakten mit einer Größe von 100 nm, die als magnetische Sensoren im Nanomassstab eingesetzt werden. (Bild: FHNW) «Das Projekt Nanocompass hat uns neue Perspektiven in der Energiemesstechnik eröffnet, insbesondere bei der kontaktlosen Bestimmung von elektrischen Strömen.» Max Ulrich, Geschäftsführer bei Camille Bauer Metrawatt AG Die im Nano-Argovia-Projekt ACHROMATIX entwickelte Linsenkombination optimiert die Transmissions-Röntgenmikroskopie. (Bild: J. Vila Comamala, Paul Scherrer Institut) SNI Jahresbericht 2022 37
Schablone gegen Entzündungen Im Nano-Argovia-Projekt LIGARECO hat das in- Im Nano-Argovia-Projekt LIGARECO haben Forschende eine mi- terdisziplinäre Team Ligament-bildende Zellen in Hydrogelen, die mit Kanälen versehen sind, kulti- krostrukturierte, resorbierbare Hydrogel-Schablone entwickelt, viert. Das Ziel ist es Entzündungen an Zahnim- die Entzündungen an Zahnimplantaten präventiv vorbeugt. plantaten durch eine verbesserte Weichgewebe- Ähnlich wie bei einem natürlichen Zahn stimuliert die Schab- struktur präventiv vorzubeugen. (Bild: FHNW, UZB, NovoNexile) lone die Ausbildung von Kollagenfasern um den Implantathals und unterstützt damit die Verankerung des Implantats im um- liegenden Weichgewebe. Es entsteht so eine Barriere, die das Eindringen von Bakterien verhindert und somit das Implantat vor bakteriellen Infektionen schützt. Die Forschenden haben sich zunächst auf die Herstellung der Hydrogel-Schablone konzentriert und danach verschiedene Mikro- und Nanostrukturen der Hydrogele untersucht, um die Ansiedlung von Ligament-bildenden Zellen und die Ausbildung der gewünschten Fasern zu steuern. Kooperation mit: NovoNexile AG // Hochschule für Life Sci ences FHNW // Universitäres Zentrum für Zahnmedizin der Universität Basel Projektbeschreibung: http://bit.ly/3WUndUJ 38 SNI Jahresbericht 2022
Angepasster Detektor für die KryoElektronenmikroskopie Pflaster gegen Geschwüre im Mund Die Kryo-Elektronenmikroskopie hat in den letzten Jahren Im Nano-Argovia-Projekt Hydrogel-Patch haben Forschende ein enorme Fortschritte erzielt und ermöglicht heutzutage die drei- Pflaster entwickelt, das bei unspezifischen Geschwüren in der dimensionale Darstellung von Proteinen in ihrer natürlichen Mundschleimhaut eingesetzt werden soll. Das Pflaster deckt die Umgebung in der Zelle. Im Nano-Argovia-Projekt HPDET-EM hat betroffenen Stellen ab und kann heilende Wirkstoffe abgeben. nun ein interdisziplinäres Team zusammengearbeitet, um einen Das aus einem sich selbst aufbauenden synthetischen Peptid- neuen Detektor in einem Elektronenmikroskop zu installieren, Hydrogel bestehende Pflaster haftet gut an der weichen, feuch- zu testen und anzuwenden, der besser an die Bedürfnisse der ten Mundschleimhaut und ist frei von tierischen Bestandteilen. Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) angepasst ist, als Mo- Die Forschenden haben verschiedene Methoden und Substan- delle, die für Synchrotron- und Röntgenanalysen verwendet zen zur Vernetzung und Stabilisierung des Hydrogels getestet werden. Der verwendete Hybrid-Pixel-Detektor besitzt eine und die Biokompatibilität und Integration von Nanokapseln, hohe Auslesegeschwindigkeit und Empfindlichkeit und ist da- die Wirkstoffe freisetzen, untersucht. her besonders geeignet, die Kryo-EM-Technologie in den Bio- Kooperation mit: vVardis AG // Hochschule für Life Scien wissenschaften noch weiter voranzutreiben. ces FHNW // Universitäres Zentrum für Zahnmedizin der Kooperation mit: DECTRIS AG // Biozentrum, Universität Universität Basel Basel // Paul Scherrer Institut Projektbeschreibung: http://bit.ly/40kKWQR Projektbeschreibung: http://bit.ly/3HoWavb Im Nano-Argovia-Projekt HPDET-EM wenden die Forschenden einen neuen Elektronenmikroskopische Aufnahme des Peptids, das im Nano-Argovia-Pro- Detektor an, der an die Bedürfnisse der Kryo-Elektronenmikroskopie ange- jekt Hydrogel-Patch eingesetzt wird. (Bild: L. Kind, FHNW) passt ist. Auf der Abbildung zu sehen sind E. coli-Bakterien sowie ein Bakte- riophage (mit dem Pfeil markiert) und Goldpartikel. (Bild: M. Er-Rafik, Bio- zentrum, Universität Basel) «Das NanoArgovia Projekt unterstützt unsere An «Wir sind zuversichtlich, dass uns diese Zusammen strengungen innovative und intelligente Regenerati arbeit helfen wird, eine entscheidende Rolle in dem onssysteme für orale Anwendungen zu entwickeln.» wichtigen neuen Marktsegment der Kryo Michael Hug, Co-CSO bei vVardis AG Elektronenmikroskopie zu spielen.» Dr. Sacha de Carlo, Global Sales Manager EM bei Dectris AG SNI Jahresbericht 2022 39
Kurze Laserpulse um Nanomaterialien zu bearbeiten Schneller Test bei Schwangerschaftsvergiftung Im Nano-Argovia-Projekt NanoLase haben Forschende eine kos- Schnelle und präzise Aussagen über eine Schwangerschaftsver- tengünstige, zuverlässige und kompakte Laserquelle entwickelt, giftung genannte Komplikation in der Schwangerschaft zu lie- die ultrakurze Pulse erzeugt. Die Forschenden verwendeten fern ist das Ziel der Forschenden im Nano-Argovia-Projekt PEPS. dazu einen Laserverstärker aus titandotiertem Saphir mit einer Dazu haben sie mithilfe von leitfähigen, kostengünstig herstell- neuen Einkristallfasergeometrie (SCF). Durch die extrem kurzen baren Nanokomposit-Elektroden aus einer Mischung von Koh- Laserpulse reduziert sich die Wärmeentwicklung auf einen sehr lenstoff-Nanoröhrchen und einem hydrophilen Polymer einen kleinen Bereich und ermöglicht so die Bearbeitung im Mikro- elektrochemischen Sensor für bestimmte Protein-Biomarker meter- und im Nanometermassstab. hergestellt. Die Elektroden besitzen dank dieser Kombination Neben der industriellen Materialbearbeitung ist eine solche eine hohe Leitfähigkeit sowie abweisende Eigenschaften, die Laserquelle auch in den Life Sciences und zahlreichen anderen effektiv vor einer Verschmutzung der Sensoroberfläche schüt- wissenschaftlichen Anwendungen von grossem Nutzen. zen. Geplant ist den Sensor in ein neuartiges Diagnosegerät zu Kooperation mit: TLD Photonics AG // Hochschule für Tech integrieren, das sich für die sogenannte patientennahe Labor- nik FHNW // Paul Scherrer Institut diagnostik (POC) – also ohne aufwendige Diagnostikausstattung Projektbeschreibung: http://bit.ly/3JA7jvH – eignet. Kooperation mit: MOMM Diagnostics GmbH // CSEM All schwil // Hochschule für Life Sciences FHNW Projektbeschreibung: http://bit.ly/3YeIjye Versuchsaufbau des Femtosekundenlasers. Blaues Licht wird von den neuen Pumpdioden emittiert. (Bild: B. Resan, Institut für Produkt- und Produktions- engineering der FHNW Windisch) «Das NanoLaseProjekt ist sehr vielversprechend Eine neue Beschichtung von miniaturisierten Elektroden für die patientenna- für TLD Photonics, da es eine neue Produktlinie he Labordiagnostik verhindert Verunreinigungen – ein Problem bei komple- hervorbringen kann, die den Durchbruch von der xen Proben wie Blutserum. (Bild: CSEM Allschwil) Lasermikro zur Lasernanobearbeitung schafft.» Stephan von Wolff, Vorstandsvorsitzender der TLD Photonics AG «Das NanoArgoviaProjekte PEPS hat es uns ermöglicht, zu untersuchen, ob sich unsere Nano kompositElektroden für den Einsatz in hoch sensitiven elektrochemischen POCTests eignen.» Dr. Mathias Wipf, Gründer und CEO von MOMM Diagnostics mit einem Master in Nanowissen- schaften von der Universität Basel 40 SNI Jahresbericht 2022
Im Nano-Argovia-Projekt NANO-thru-BBB wurde eine neue Plattform für das Therapie direkt im Gehirn Design von Nanopartikeln entwickelt, die das Potenzial haben, die Bluthirn- Im Nano-Argovia-Projekt NANO-thru-BBB haben Forschende schranke zu überwinden. Das Bild zeigt den Immunfluoreszenz-Nachweis von Kernen (blau), Lysosomen (LAMP1, rot) und Nanopartikeln (grün) in eine Plattform entwickelt für die Herstellung von Nanoparti- menschlichen Hirnendothelzellen (hCMEC/D3). (Bild: N. Santacroce and C. keln, die in der Lage sind die selektive Barriere zwischen Gehirn Wu, FHNW) und Blutkreislauf effektiv zu überwinden. In die Nanopartikel sollen später Enzyme verpackt und ins Gehirn transportiert werden, mit denen vererbbare lysosomale Speicherkrankheiten behandelt werden können. «Die Möglichkeit, therapeutische Enzyme ins Das interdisziplinäre Forscherteam hat zunächst den Effekt Gehirn zu bringen, wäre ein grosser Durchbruch für von chemisch modifizierten und strukturierten Oberflächen der Patienten mit lysomalen Speicherkrankheiten. Nanopartikel anhand verschiedener in vitro- und in vivo-Mo- Das NanoArgoviaProjekt unterstützt die Anstren delle experimentell untersucht und im Anschluss anhand von gungen von Perseo einen präklinischen Konzept Computermodellen die ideale Oberflächenstruktur für die Pas- nachweis für diesen Ansatz zu erbringen und sage der Bluthirnschranke berechnet. Langfristig liefert das eine neue Generation von Enzymersatztherapien Projekt eine solide Datenbasis, um klinische Studien mit opti- weiter zu entwickeln.» mierten nano-formulierten Enzymen gegen die Stoffwechsel- Dr. Ing. Yves Dudal, CEO von Perseo pharma AG krankheiten durchzuführen. Kooperation mit: Perseo pharma AG // Hochschule für Life Sciences FHNW // Departement Pharmazeutische Wissen schaften, Universität Basel Projektbeschreibung: http://bit.ly/3XYMONw SNI Jahresbericht 2022 41
Wertvolle Einblicke Mit verschiedenen Mikroskopen untersuchen Mitarbeitende des Nano Imaging Labs kleinste Strukturen und unterstützen damit ganz unter schiedliche Forschungsprojekte. Neben dem Nano Imaging Lab gehört auch das neu gegründete Nano Fabrication Lab zum Nano Techno logy Center des SNI. Diese Serviceeinheiten bieten Kundinnen und Kunden aus Industrie und Akademie einen umfangreichen Service im Bereich der Abbildung und Bearbeitung von Oberflächen sowie in der Mikro und Nanofabrikation. Ab Seite 44 42 SNI Jahresbericht 2022
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Nano Technology Center: Professionelle Service- leistungen und Forschung Neben der Ausbildung und Forschung sind Serviceleistungen im Be- reich der Abbildung, die durch das Nano Imaging Lab erbracht wer- den, in den letzten Jahren zu einem wichtigen Element des SNI ge- worden. Im Jahr 2022 wurde neu das Nano Fabrication Lab als weitere Serviceeinheit gegründet, um Forschungsgruppen professio- nelle Unterstützung bieten zu können und die verschiedenen Aktivitä- ten rund um Mikro- und Nanofabrikation an der Universität Basel zu bündeln. Zusammen bilden Nano Imaging Lab und Nano Fabrication Lab das Nano Technology Center des SNI, das unter der Leitung der Physikprofessorin Dr. Ilaria Zardo steht. Das Nano Imaging Lab hat im Jahr 2022 seine exzellente Ausstattung mit verschiedenen Elektronen- und Rastersondenmikroskopen weiter optimieren können. Dank der Investitionen ist das sechsköpfige Team noch besser in der Lage seinen Kundinnen und Kunden von Universi- täten und der Industrie die optimalen Bearbeitungs-, Analyse- und Abbildungsmethoden anbieten zu können. Insgesamt bearbeitete das Team 2022 mehr als 175 Aufträge von über 120 verschiedenen Kunden und hat in einigen Fällen wesentliche wissenschaftliche Bei- träge zu Forschungsprojekten geliefert. Mithilfe der faszinierenden Bilder aus der Mikro- und Nanowelt erlangen nicht nur Wissenschaft- ler und Wissenschaftlerinnen neue Erkenntnisse – auch Laien können bei Outreach-Aktivitäten mithilfe der eindrucksvollen Fotos einen Ein- blick in die Welt der winzigen Strukturen erlangen. Im August 2022 startete das Nano Fabrication Lab des SNI seinen Betrieb. Zwei Mitarbeiter haben die für Mikro- und Nanofabrikation notwendige technische Ausrüstung aus verschiedenen Arbeitsgrup- pen des Departements Physik der Universität Basel gebündelt und durch organisatorische Massnahmen die Effizienz und Sicherheit im Reinraumbetrieb verbessert. Jetzt stellen sie die Weichen für die Er- weiterung der Infrastruktur. 2022 nutzten bereits 11 Forschungsgrup- pen mit insgesamt 77 Nutzerinnen und Nutzern der Universität Basel die Dienstleistungen des NF Labs, die wesentlich zu mehreren Publi- kationen in renommierten wissenschaftlichen Zeitschriften beigetra- gen haben. Nano Technology Center: https://nanoscience.unibas.ch/de/services/ 44 SNI Jahresbericht 2022
Zum Nano Fabrication Lab gehört auch der Rein- Gründung des Nano Fabrication Labs raum am Departement Physik. Hier unterstützen Professionelle Nanofabrikation am SNI Arnold Lücke (links) und Gerard Gadea (rechts) Forschende bei der Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen. Die exakte und effiziente Herstellung von Mikro- und Nanostruk- turen ist heutzutage eine wichtige Voraussetzung für zahlreiche nanotechnologische Fragestellungen. Am Swiss Nanoscience In- stitute wurden daher im Sommer 2022 verschiedene bestehende Aktivitäten und Infrastruktur aus verschiedenen Laboren des Departement Physik gebündelt und das Nano Fabrication Lab (NF Lab) gegründet. Der Physiker Dr. Gerard Gadea hat am 1. August 2022 die Leitung des NF Labs übernommen. Er wird von dem technischen Mitarbeiter Arnold Lücke unterstützt. Die beiden Wissenschaft- ler verfügen über langjährige Erfahrung in der Nanofabrikation und bauen gemeinsam diese neue Serviceeinheit auf, welche die Universität Basel auch in der Nanofabrikation fit für die Zukunft macht. Zunächst hat das NF Lab-Team durch organisatorische Änderungen die Effizienz und Sicherheit im Reinraum verbes- sert. Jetzt arbeitet das Team an einer Erweiterung der Infrastruk- tur wie zwei neuer Lithografiesysteme (elektronen- und laserba- «Durch die Gründung des Nano siert), einem Metallverdampfer und chemischen Abzügen. Fabrication Labs können wir Zum Nano Fabrication Lab gehört der Reinraum am Depar- einen effektiven Service in der tement Physik. Ein zweiter Reinraum im neuen Gebäude des Mikro und Nanofabrikation Departements Biosysteme der ETH Zürich in Basel wird zusätz- anbieten.» lich vom NF Lab angemietet werden und damit die Arbeitsbe- Prof. Dr. Ilaria Zardo, dingungen noch einmal stark verbessern. Mit der Gründung des im SNI-Exekutivkomitee NF Labs wird die Mikro- und Nanofabrikation in Zukunft nicht verantwortlich für das SNI-Nano nur effektiver werden, es lassen sich Sicherheitskonzepte ein- Technology Center facher umsetzen, aufgrund der zentralen Organisation Kosten sparen und durch die professionelle wissenschaftliche Unter- stützung die Qualität der Nanofabrikationsprozesse verbessern. SNI Jahresbericht 2022 45
Das NI Lab-Team hat Farbstoffsolarzellen untersucht und den Ausrichtung auf die Zukunft Querschnitt einer Elektrode (TiO mit Goldnanopartikeln) abge- 2 Das Nano Imaging Lab fokussiert bildet — im Transmissionsmodus (links) und im Rastertransmis- sionsmodus (rechts). (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Universität sich auf Materialwissenschaften Basel) Im Jahr 2022 hat das Team des Nano Imaging Labs (NI Lab) sein neues Transmissions-Elektronenmikroskop (JEM-F200) der Öf- fentlichkeit vorgestellt und für verschiedene Fragestellungen erfolgreich eingesetzt. Das neue Gerät erlaubt durch die An- wendung des Rastermodus die Abbildung von Proben in atoma- rer Auflösung. Die Auflösungsgrenze des Geräts liegt dabei un- ter 0,2 Nanometern und ist damit beispielsweise in der Lage die Kristallstruktur oder Grenzflächen unterschiedlicher Materia- lien darzustellen – wobei dank der integrierten EDX-Anlage auch die chemische Zusammensetzung an verschiedenen Punk- ten der Probe analysiert werden kann. Die Mitarbeitenden des Nano Imaging Labs haben mit ihren Arbeiten am JEM-F200 Forschende aus verschiedenen Departe- menten der Universität Basel massgeblich unterstützt und bei der Untersuchung verschiedener Materialien wichtige Aspekte klären können wie die folgenden vier Beispiele zeigen. So analysierten sie beispielsweise für die Gruppe von Pro- fessor Dr. Markus Kalberer (Departement Umweltwissenschaf- 46 SNI Jahresbericht 2022
ten) Elektroden von neuartigen Solarzellen. Dabei setzte das NI der Qualitätssicherung dienen. Die Firmen treten dabei entweder Lab-Team das hochauflösende Mikroskop sowohl im Transmis- direkt mit dem NI Lab in Kontakt oder nutzen die Dienstleistung sions- wie auch im Rastertransmissionsmodus ein und erzielte über Partner wie das Technologietransferzentrum ANAXAM. damit aussagekräftige Ergebnisse. Im Jahr 2022 hat das NI Lab nicht nur das neue JEM-F200 in In einer Zusammenarbeit mit Professor Dr. Jonathan de Roo Betrieb genommen, sondern auch ein weiteres Hochleistungs- (Departement Chemie) hat das NI Lab-Team die Morphologie mikroskop erwerben können. Es handelt sich dabei um ein von Nanokristallen untersucht, die in der Gruppe von de Roo sogenanntes DualBeam Elektronenmikroskop (Versa 3D Dual hergestellt werden. Nanokristalle finden in vielen Bereichen Beam), welches das SNI dem BioEM Lab des Biozentrums der Anwendung, zum Beispiel in supraleitenden Nanokompositen, Universität Basel abgekauft hat. Das Mikroskop ist mit einem in der Zahnmedizin, in Beschichtungen oder als Kontrastmittel fokussierten Ionenstrahl (FIB focused ion beam) ausgestattet für die Röntgen-Computertomografie. Die Kontrolle über die und kann zudem als Rasterelektronenmikroskop betrieben wer- Größe der Nanokristalle ist eine Voraussetzung für viele dieser den. Dadurch lassen sich Oberflächen nicht nur analysieren, Technologien. sondern auch modifizieren und schneiden. Nachdem das NI Die mikroskopischen Analysen des NI Labs haben auch we- Lab-Team das neue FIB in Stand gesetzt hat, wird es nun vor sentlich dazu beigetragen, dass Forschende um Professor Dr. allem eingesetzt, um Proben mit dem fokussierten Ionenstrahl Christian Schönenberger (Departement Physik) besser verste- zu schneiden – während das bestehende FIB vor allem für die hen, warum einzelne Wolframditelluridlagen auf Palladium- Deposition verschiedener Materialien und für die Erstellung Kontakten supraleitende Eigenschaften aufweisen. Für die hochaufgelöster Aufnahmen genutzt wird. Gruppe von Professor Dr. Richard Warburton (Departement Phy- Wie auch bei seinen anderen Mikroskopen bietet das Nano sik) untersuchten die Mitarbeitenden ausserdem Quanten- Imaging Lab einen kompletten Service von der Probenvorbe- punkte, die aufgrund ihrer veränderbaren optischen und elek- reitung bis zur Verfügungsstellung der Messdaten und Abbil- tronischen Eigenschaften für viele zukünftige Anwendungen dung an. Für Kundinnen und Kunden, die längerfristige Pro- von Interesse sind. jekte bearbeiten, bietet sich auch die Möglichkeit eine Einwei- Neben Aufgaben wie diesen, die zu Forschungsfragen beitragen, sung in die Benutzung des Geräts zu bekommen und Messungen erledigt das NI Lab auch Aufträge von Firmen, die beispielsweise selbst vorzunehmen. Mithilfe des neuen Rastertransmissions-Elektronenmikroskops konnte das Team des NI Labs die Kristallstruktur von Nanokristallen darstellen. (Bild: Nano Imaging Lab, SNI, Universität Basel) «Die Querschnittsuntersuchungen, die Marcus Wyss Marcus Wyss (Mitte) weist die ersten Kundinnen und Kunden in die Nutzung vom NI Lab mit dem brandneuen hochauflösenden des neuen Transmissions-Elektronenmikroskops ein. STEM durchgeführt hat, waren für uns ein Wende punkt. Wir konnten sehen, was bei elektrischen Kon takten zu einem topologischen Material auf atomarer Ebene passiert.» Prof. Dr. Christian Schönenberger, Departement Physik, Universität Basel SNI Jahresbericht 2022 47
Faszinierend schöne Welt der winzigen Strukturen Einmal im Jahre reichen Forschende aus dem SNI Netzwerk ihre schönsten Bilder aus der Nano und Mik rowelt für den Wettbewerb «Nano Image Award» ein. Mit den faszinierenden Bildern kann das SNITeam bei einem breiten Publikum Interesse an den Nanowissen schaften wecken. Diese farbige Kristallorientierungskarte war eines der Gewinnerbilder des Nano Image Awards im Jahr 2022. Sie zeigt einen 3Dgedruckten (additiv hergestellten) Edelstahl nach dem Ätzen der Oberfläche. Forschende des Paul Scherrer Instituts machen so die Spuren des Schmelzbades sichtbar, um den Zusammenhang zwischen den 3DDruckparametern und der Struktur des Materials zu verstehen. (Bild: E. Polatidis und C. Sofras, Paul Scherrer Institut) 48 SNI Jahresbericht 2022
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Netzwerk: Interdisziplinär und engagiert Die Grundlage aller Aktivitäten des SNI bildet das Netzwerk, zu dem For- schende aus verschiedenen Departementen der Universität Basel wie Biomedizin, Chemie, Physik, Pharmazeutische Wissensc haften, Umwelt - wissenschaften und Biozentrum gehören sowie Mitglieder aus For- schungsgruppen an den Hochschulen für Life Sciences und Technik der Fachhochschule Nordwestschweiz in Muttenz und Windisch, am Paul Scherrer Institut, am Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel, am Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) in All - schwil sowie am Technologietransferzentrum ANAXAM. Zum erweiterten Netzwerk zählen ausserdem das Hightech Zentrum Aargau in Brugg so - wie Basel Area Business & Innovation, über die Wissens- und Technolo- gietransfer gefördert wird. Wechsel an der Spitze Martino Poggio wird neuer Direktor des SNI Zum 1. August 2022 hat Professor Dr. Martino Poggio die Lei- tung des SNI von Professor Dr. Christian Schönenberger, der das SNI sechszehn Jahr lang geführt hat, übernommen. Der Physiker Martino Poggio kam 2009 als Argovia-Professor an die Universität Basel und engagiert sich seither im SNI- Netzwerk. Mit seiner Forschungsgruppe am Departement Phy- sik beschäftigt er sich mit Themen aus der Nanomechanik, dem Nanomagnetismus und dem Nanoimaging. Bei der Führung des SNI wird Martino Poggio von seinem Stellvertreter Professor Dr. Patrick Maletinsky sowie von dem SNI-Exekutivkomitee unterstützt. Mit der Neubesetzung dieses strategischen Führungsgremiums wurden verschiedene Ver- antwortlichkeiten an Mitglieder des Exekutivkomitees über- tragen. Bericht: http://bit.ly/40mpqvb Die neuen Mitglieder des SNI-Exekutivkomitees vertreten Partnerinstitutionen Patrick Maletinsky (links) unterstützt als Vizedirektor Martino Poggio (rechts), und Departemente im SNI-Netzwerk. Auch für das Doktorats- und das Nano- der seit August 2022 das Swiss Nanoscience Institute als Direktor leitet. Argovia-Programm sowie für die Serviceeinheiten des Nano Technology Cen- ters übernimmt je ein Mitglied die Verantwortung. 50 SNI Jahresbericht 2022
Interdisziplinärer Austausch Aufklärung der räumlichen Struktur Annual Event und NanoTech Apéro Nutzung für SNIMitglieder jetzt möglich Zum SNI-Netzwerk gehören Forschende unterschiedlicher Dis- Im Jahr 2022 hat das im SNI-Netzwerk entstandene Startup «EL- ziplinen, die an verschiedenen Forschungsinstituten in der DICO Scientific» das «Electron Diffraction Experience Center» Nordwestschweiz arbeiten. Um die aktive Zusammenarbeit im Innovationspark in Allschwil eingeweiht. Betreut vom EL- auch über die Grenzen von Disziplinen und Institutionen zu DICO-Team steht in Allschwil das erste von ELDICO entwickelte fördern, sind Anlässe wie der Annual Event und der Nano-Tech Elektronenbeugungs-Messgerät ED-1 den Mitgliedern des Zent- Apéro wichtig. rums für ihre Messungen zur Verfügung. Das SNI ist als akade- Im Jahr 2022 trafen sich die Mitglieder des SNI-Netzwerks mischer Partner am Electron Diffraction Experience Center für die jährlich stattfindende wissenschaftliche Tagung wieder beteiligt und ermöglicht damit seinem Netzwerk die innovative, auf der Lenzerheide. Nach den beiden Corona-Jahren war zum vielversprechende Technologie zu nutzen. ersten Mal wieder ein Zusammentreffen ohne Auflagen möglich ELDICO Scientific wurde 2019 gegründet, nachdem For- – was dem intensiven wissenschaftlichen Austausch stark zugute schende im Rahmen eines Nano-Argovia-Projekts gezeigt hat- kam. Um angewandte Forschungsprojekte drehte sich alles beim ten, dass sich mithilfe der Elektronenbeugung die räumliche gut besuchten Nano-Tech Apéro, den die Fachhochschule Nord- Struktur nanoskaliger Materialien analysieren lässt. westschweiz in Muttenz dieses Jahr als Gastgeber ausrichtete. Bericht: http://bit.ly/40oYgUA Beide Anlässe zeigten deutlich, wie vielfältig die vom SNI unterstützten Projekte sind und welche wertvollen Impulse die im Nano-Argovia-Programm geförderten angewandten For- schungsprojekte für Industrieunternehmen in der Nordwest- schweiz liefern können. Bericht und Video Annual Event: http://bit.ly/3E4jH3L NanoTech Apéro: http://bit.ly/3RUmnq5 Der CEO von ELDICO Scientific, Eric Hovestreydt, eröffnete im März 2022 das Electron Diffraction Experience Center, das vom SNI unterstützt wird, im Innovationspark in Allschwil. (Bild: ELDICO Scientific) Erfolgreiche Forschende im SNINetzwerk Zahlreiche Beförderungen und Preise Der Nano-Tech Apéro bietet SNI-Mitgliedern und interessierten Forschenden aus der Industrie die Möglichkeit sich über laufende Nano-Argovia-Projekte Zahlreiche Forschende aus dem SNI-Netzwerk erhielten im Jahr zu informieren und Kontakte zum Netzwerk zu knüpfen. 2022 Auszeichnungen oder wurden befördert. Die Physikerin Prof. Dr. Jelena Klinovaja und der Biophysiker Verschränkung Prof. Dr. Michael Nash erhielten einen ERC Consolidator Grant. Dem Chemiker Prof. Dr. Stefan Willitsch wurde ein SNSF Ad- Nobelpreiswürdig und im SNI vanced Grant zugesprochen und die Chemikerin Prof. Dr. Mu- ein wichtiges Forschungsthema rielle Delley erhielt einen SNSF Starting Grant. Murielle Delley wurde zur Assistenzprofessorin für Anorga- nische Chemie ernannt. Im Jahr 2022 wurde ebenfalls bekannt Im Jahr 2022 wurde der Nobelpreis in Physik an drei Forschende gegeben, dass die Professoren Dr. Sebastian Hiller, Dr. Timm verliehen, die bahnbrechende experimentelle Forschung mit Maier und Dr. Dominik Zumbühl zum Full Professor ernannt verschränkten Lichtteilchen durchgeführt haben. Auch im werden. SNI-Netzwerk arbeiten einige Forschungsgruppen mit ver- schränkten Teilchen und tragen so zur Entwicklung neuer Me- thoden und Technologien in der Quantenphysik bei. Bericht: https://bit.ly/3jwQNls SNI Jahresbericht 2022 51
Kommunikation und Outreach: Informieren und interessieren Was sind Nanowissenschaften eigentlich und warum lohnt es sich die Welt der winzigen Strukturen genau zu untersuchen? Das sind nur zwei der Fragen, auf die das Kommunikations- und Outreach-Team des SNI immer Antworten parat hat. Bei Besuchen in Schulen, auf Wissen - schaftsfestivals, auf Märkten oder im Museum nutzen die Mitarbeite- rinnen des SNI die Gelegenheit mit einem breiten Publikum über der- artige Fragen ins Gespräch zu kommen, zu informieren und die Faszination und Begeisterung für die Naturwissenschaften zu teilen. Am besten funktioniert diese Interaktion über spannende kleine Ex- perimente, die zum Mitmachen und Nachdenken anregen. Daneben sind es Printmaterialien, die Informationen über die verschiedenen Bereiche des SNI enthalten, sowie elektronische Formate wie Vi- deos, die über die verschiedenen Aktivitäten des SNI informieren. Das SNI erreicht dabei eine wachsende Zahl von Interessierten über verschiedene Social Media-Kanäle, denen inzwischen über 4300 Menschen und Organisationen folgen. Verschiedene Kanäle Gespräch oder konnte bei der Samstagsuni der Volkshochschule Persönliche Kontakte und Interaktion über Nanowissenschaften informieren. Lehrpersonen sowie ver- über soziale Medien schiedene Schulklassen hatten zudem die Gelegenheit Beispiele aus der Nanoforschung direkt in Laboren, die mit dem SNI as- soziiert sind, kennen zu lernen oder bei Schulbesuchen und bei Zu Beginn des Jahres 2022 war einer der Höhepunkte für das den Science Days im Europa-Park spannende Experimente zu SNI-Team die Eröffnung der Sonderausstellung «Voller Energie» unterschiedlichen Themen durchzuführen. im Museum Burghalde in Lenzburg. Das SNI hat mit der Ein- Alle Interessierten, die nicht die Gelegenheit hatten, sich bei richtung eines Wasserlabors, mit verschiedenen Erklärvideos einem der zahlreichen Anlässe zu informieren, erhielten Infor- und einem Buchbeitrag dazu beigetragen, dass auch diese Aus- mation rund um das SNI über verschiedene Social Media-Kanäle. stellung ein voller Erfolg wurde. Das SNI-Team konnte dann Dazu produzierte das SNI-Team Texte und Videos zu Veranstal- auch im Rahmen mehrerer Workshops Primarschülerinnen und tungen, zum Studium, der Doktorandenschule oder zu spezifi- -schüler mit vielfältigen Experimenten von den ganz besonde- sche Forschungsthemen. Der SNI-YouTube-Kanal wurde im Jahr ren Eigenschaften des Wassers überzeugen. 2022 mehr als 110.000 mal aufgerufen – wobei die SNI-Videos Zahlreiche Kinder und Jugendliche kamen an den gemein- mehr als 2600 Stunden lang wiedergegeben wurden. samen Stand des SNI und des Departements Physik während Eine zentrale Informationsquelle ist zudem die Webseite der tunBasel. Sie hatten hier die Gelegenheit eine eigene Seife des SNI. In der zweiten Jahreshälfte bereiteten die SNI-Mitar- zu kreieren und Experimente rund um Seife zu machen. beitenden einen neuen Internetauftritt vor, der im Januar 2023 In der zweiten Jahreshälfte nahm die Zahl der Veranstaltun- aufgeschaltet wurde. Neben der Webseite modernisierte und gen noch einmal zu und es gab viele Gelegenheiten mit einem vereinfachte das SNI-Team in Zusammenarbeit mit der Agentur breiten Publikum in Kontakt zu treten und über die Aktivitäten STUDIO NEO auch das Logo des SNI und arbeitete daran, die des SNI zu informieren. So kam das SNI-Team beim Rüeblimärt Printmaterialien zu erneuern. in Aarau mit zahlreichen Besucherinnen und Besuchern ins 52 SNI Jahresbericht 2022
Weitere Informationen: YouTubeKanal: https://bit.ly/3u9XLjv LinkedIn: https://bit.ly/3rbYP4s Twitter: https://twitter.com/SNIunibas SNIWebseite: www.nanoscience.ch SNIWebseite mit Experimenten: http://bit.ly/3Hw1FIk Bei einigen Veranstaltungen im Sommer stand Licht und vor allem UV-Licht im Fokus. Mithilfe von speziellen UV-Perlen lassen sich UV-Strahlen auf un- terhaltsame Art und Weise sichtbar machen. Bei anderen Veranstaltungen war glitzernde Schokolade die Attraktion, mit der das SNI-Team Besucherinnen und Besucher an seinen Stand lockte. Dank einer Mikrostruktur, die in halbflüssige Schokolade geprägt wird, schillert die- se auch ohne Farbstoffe in bunten Farben. Für das Wasserlabor der Sonderausstellung „Voller Energie“ im Museum Burghalde produzierte das SNI-Team Erklärvideos rund um Wasser. Neben Information rund um das Studium und die Doktorandenschule bot das SNI-Team auch Videos über wissenschaftliche Themen an. Das neue Programm bei den TecDays lädt zum Experimentieren ein. Grosser Andrang herrschte am SNI-Stand bei der tunBasel und bei den Sci- ence Days im Europa-Park. Beim Rüeblimärt in Aarau konnten grosse und kleine Besucherinnen und Be- sucher etwas gewinnen, wenn sie eine Frage rund um Nanowissenschaften richtig beantworteten. SNI Jahresbericht 2022 53
Finanzbericht Das Swiss Nanoscience Institute (SNI) wurde im Jahr 2006 an Ausgaben für die Doktorandenschule 2022 bei rund 1.8 Millio- der Universität Basel auf Initiative des Kantons Aargau gegrün- nen Schweizer Franken. det. Das Ziel war und ist die nanowissenschaftliche Forschung sowie den Wissens- und Technologietransfer in der Nordwest- NanoArgoviaProgramm unterstützt Technologietransfer schweiz voranzutreiben und sich als Zentrum für die Ausbil- Mit dem seit Gründung des SNI bestehenden Nano-Argovia- dung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu eta- Programm unterstützt das SNI den Wissens- und Technologie- blieren. In den Finanzen des SNI spiegeln sich diese Säulen transfer in die Industrie. Firmen aus der Nordwestschweiz ar- Grundlagenforschung, angewandte Forschung, Wissens- und beiten dabei mit mindestens zwei akademischen Partnern aus Technologietransfer sowie Lehre wider. dem SNI-Netzwerk zusammen, um neuartige angewandte For- schungsansätze in einem frühen Stadium zu untersuchen. Im Grundlagenforschung bildet Basis Jahr 2022 waren vier Nano-Argovia-Projekte neu gestartet wor- Mit der grundlagenwissenschaftlichen Forschung wird am SNI den, acht Projekte aus dem Vorjahr erhielten eine Verlängerung die Basis für Innovationen geschaffen. Das SNI unterstützt da- für ein weiteres abschliessendes Jahr. Sechs der Industriepartner hingehend die beiden Argovia-Professoren an der Universität haben ihren Sitz im Kanton Aargau, die andere Hälfte der Fir- Basel Dr. Roderick Lim und Dr. Martino Poggio sowie die drei men kommt aus einem der beiden Basler Halbkantone. Titularprofessoren des PSI Dr. Thomas Jung, Dr. Michel Kenzel- Das gesamte SNI-Förderbudget für Wissens- und Technolo- mann und Dr. Frithjof Nolting. Insgesamt erhielten die Profes- gietransfer belief sich 2022 auf rund 1.4 Millionen Schweizer soren im Jahr 2022 Fördermittel von etwa 1.6 Millionen Schwei- Franken. Die Projektpartner selbst trugen über öffentliche For- zer Franken. Die beiden Argovia-Professoren konnten 2022 schungsförderinstrumente (z.B. Innosuisse, Nationalfonds, EU- durch ihre Teilnahme an nationalen und internationalen Ko- Förderung) sowie Eigenmittel der Forschungsinstitutionen etwa operationen zusätzlich zusammen über 1.4 Millionen Schweizer 1.1 Millionen Franken bei. Die Industriepartner engagierten sich Franken einwerben. Das erlaubt ihnen mit ihren Gruppen For- mit etwa 1.3 Millionen Schweizer Franken durch in-kind-Leis- schung auf höchstem Niveau zu betreiben und mit ihren For- tungen bei den vielfältigen Forschungsansätzen. schungsergebnissen wesentlich zum exzellenten Renommee des SNI beizutragen. Nano Technology Center bietet erweiterten Service In der Grundlagenforschung sind auch die meisten Dokto- Um das SNI als Servicezentrum weiter auszubauen und die zu- rierenden tätig, die in der 2012 gegründeten SNI-Doktoranden- kunftsträchtige Nanofabrikation als Standbein des SNI zu eta- schule eingeschrieben sind. Die vierzig Doktorierenden, die blieren und zu professionalisieren, wurde 2022 das Nano Tech- 2022 zur SNI-Doktorandenschule gehörten, forschen dazu an nology Center gegründet. Es vereint das seit 2016 zum SNI ge- unterschiedlichen Institutionen des SNI-Netzwerks, erwerben hörende Nano Imaging Lab mit dem neu gegründeten Nano aber alle ihren Doktortitel an der Philosophisch-Naturwissen- Fabrication Lab. Mit diesen beiden Serviceeinheiten ist das SNI schaftlichen Fakultät der Universität Basel. Insgesamt lagen die jetzt in der Lage Kundinnen und Kunden aus der Industrie und Die Ausgaben 2022 gemäss Finanzbericht der Universität Basel vom 26. Februar 2023 sind in der nachfolgenden Tabelle nach Ausgabepositionen aufgeschlüsselt: Aufwand 2022 in CHF Univ. Basel Kanton AG Total Management Personal und Betriebsaufwand 408’936 270’569 679’505 Overhead — 650‘000 650‘000 Infrastruktur Infrastruktur Apparate 132’143 330’274 462’417 Wissens- und Techtransfer Personal und Betriebsaufwand 21’956 151’123 173’079 Nano-Argovia-Projekte — 1’199’433 1’199’433 Outreach & PR Personal und Betriebsaufwand 93’088 96’791 189’879 Fördermassnahmen Argovia-Professoren 516’727 1’006’773 1’523’500 PSI-Professoren 57’585 57’585 Nano Curriculum Bachelor- und Masterprogramm 313’743 234’266 548’009 Nano Technology Center Nano Imaging/Nano Fabrication 652’566 161’103 813’669 SNI PhD School Personal und Betriebsaufwand 803’132 981’605 1’784’737 Total Aufwendungen 2022 in CHF 2’942’292 5’139’523 8’081’815 54 SNI Jahresbericht 2022
Akademie einen umfassenden Service im Bereich der Abbildung Investitionen in die Zukunft sowie der Mikro- und Nanofabrikation anzubieten. Um diesen Um die Nanoforschung in der Region weiter voranzutreiben, Service aufzubauen sind Investitionen notwendig, die zu einem investierte das SNI auch 2022 in verschiedene Projekte. Dies Grossteil aus Rücklagen des SNI finanziert werden. Die notwen- betrifft beispielsweise das «Electron Diffraction Experience Cen- digen Bestellungen wurden bereits 2022 ausgeführt, aufgrund ter», das 2022 eingeweiht wurde. Das SNI bekommt von dem von Lieferschwierigkeiten werden jedoch Investitionen von Zentrum Dienstleistungen für sein Netzwerk. Weitere Investi- etwa 0.9 Millionen Schweizer Franken erst im finanziellen Be- tionen betreffen das Technologietransferzentrum ANAXAM, zu richt für 2023 erscheinen. Insgesamt belief sich das Budget des dessen Gründungsmitgliedern das SNI zählt, sowie eine Zusam- Nano Technology Centers auf 0.8 Millionen Schweizer Franken. menarbeit mit dem Paul Scherrer Institut. Das SNI beteiligt sich Rund 0.5 Millionen Schweizer Franken wurden bisher in neue dabei an der Realisierung und Inbetriebnahme einer Experi- Infrastruktur investiert. mentierstation (SOPHIE), die Experimente an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz erlaubt. Nachwuchsförderung im Studium und durch Outreach In der letzten Zeile der Bilanz werden etwa 6.6 Millionen Seit seiner Gründung ist es dem SNI-Team ein wichtiges Anlie- Schweizer Franken als «Stand gebundene Projektmittel SNI per gen exzellente junge Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wis- 31.12.2022» ausgewiesen. Ein Grossteil dieses Geldes ist bereits senschaftler auszubilden, die über ein breites Wissen in den gebunden. So sind in diesem Saldo rund eine Million Franken Naturwissenschaften verfügen und in der Lage sind, interdiszi- enthalten, die bereits in vorhergehenden Jahren gebunden, aber plinär an unterschiedlichen Themen der Nanowelt zu arbeiten. noch nicht in Rechnung gestellt wurden, unter anderem für die Die Universität Basel bietet daher als einzige Schweizer Univer- weitere Ausstattung des Nano Technology Centers. Der Saldo sität einen Bachelor- und einen Masterstudiengang in Nanowis- umfasst auch Mittel für einzelne Nano-Argovia-Projekte, die senschaften an. 2022 waren insgesamt 84 Studierende in den noch nicht abgerufen wurden, sowie Reserven, die verwendet Nanowissenschaften eingeschrieben (59 im Bachelor- und 25 werden, um eine volle 48-monatige Finanzierung für alle derzeit im Masterstudiengang). Mehr als 0.5 Millionen Franken steuerte in der SNI-Doktorandenschule eingeschriebenen Doktorieren- das SNI zu den Ausgaben für das Nanostudium bei. den zu gewährleisten. Durch die Teilnahme an verschiedenen Veranstaltungen Wir bedanken uns ganz herzlich bei der Direktion Finanzen macht das SNI-Team auf den einzigartigen anspruchsvollen Stu- der Universität Basel für die reibungslose Finanzberichterstat- diengang aufmerksam. Daneben ist es dem SNI ein Anliegen tung. Auch den Kantonen Aargau, Basel-Stadt und Baselland auch breite Teile der Bevölkerung über Nanowissenschaften, danken wir für die langjährige vertrauensvolle Unterstützung die möglichen Anwendungen und das Engagement des Kantons des SNI. Aufgrund ihres Engagements ist es uns möglich, her- Aargau zu informieren. Ausserdem teilt das SNI Neuigkeiten vorragende junge Forschende auszubilden, neue wissenschaft- über soziale Medien und informiert anhand von Printmateria- liche Erkenntnisse zu erlangen und zusammen mit Firmen an lien über die unterschiedlichen Aktivitäten. Wichtig für das innovativen Projekten für eine bessere Zukunft zu arbeiten. SNI-Netzwerk ist es ebenfalls interne Veranstaltungen wie den Annual Event oder die Möglichkeit zum Netzwerken wie beim Nano-Tech Apéro anzubieten. Derartige Aktivitäten beliefen sich 2022 auf etwa 0.2 Millionen Schweizer Franken. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Bilanz der SNI-Mittel per 31. Dezember 2022: Bilanz 2022 in CHF Univ. Basel Kanton AG Total Zusprachen 2’660’800 5‘000‘000 7’660’800 Kapitalertrag (7’139) 7’736 597 Ertrag 2’653’661 5’007’736 7’661’397 Aufwand 2’942’292 5’139’523 8’081’815 Jahresüberschuss (288’631) (131’787) (420’418) Stand gebundene Projektmittel SNI per 01.01.2022 1’992’975 5’055’548 7’048’523 Zuweisung (+)/Auflösung (–)gebundene Mittel (288’631) (131’787) (420’418) Stand gebundene Projektmittel SNI per 31.12.2022 in CHF 1’704’344 4’923’761 6’628’105 SNI Jahresbericht 2022 55
Nano Imaging Lab Organisation Dr. M. Dürrenberger (Leitung) Dr. M. Wyss (Stellvertreter Leitung, TEM, FIB-SEM) E. Bieler (SEM) ArgoviaAusschuss S. Erpel (SEM, TEM) Landammann A. Hürzeler, Vorsteher Departement Bildung, D. Mathys (FIB-SEM, Bildbearbeitung) Kultur und Sport des Kantons Aargau Dr. M. Schönenberger (AFM, LSM) Prof. Dr. C. Bergamaschi, Direktionspräsident FHNW Prof. Dr. C. Rüegg, Direktor Paul Scherrer Institut Prof. Dr. A. Schenker-Wicki, Rektorin Universität Basel Prof. Dr. C. Schönenberger, Direktor SNI (bis 31.07.2022) Nano Fabrication Lab Prof. Dr. M. Poggio, Direktor SNI (ab 01.08, 2022) Dr. Gerard Gadea (Leitung) Prof. Dr. G.-L. Bona, Direktor Empa Arnold Lücke (vom Departement Physik finanziert) Dr. W. Riess, IBM Department Head & Koordinator Binnig & Rohrer Nanotechnology Center Listen über Mitglieder SNILeitung (bis 31.07.2022) Prof. Dr. C. Schönenberger, Direktor SNI (Curriculum Nanowis- und Projekte 2022 senschaften) Prof. Dr. P. M. Kristiansen, Vizedirektor (Netzwerk) Prof. Dr. D. Loss, Vizedirektor (Theoretische Physik) Principal Investigators und assoziierte Mitglieder Prof. Dr. E. Meyer, Vizedirektor (Experimentelle Physik) https://bit.ly/3xogGaJ Prof. Dr. M. Poggio, Vizedirektor (ANAXAM & Experimentelle Physik) Doktoranden und Doktorandinnen Prof. Dr. A. Schier, Vizedirektor (Biozentrum) https://bit.ly/3k0hdMV Prof. Dr. T. Schwede, Vizedirektor (Rektorat) Projekte der SNIDoktorandenschule 2022 https://bit.ly/3I2etql SNIExekutivkomitee (ab 01.08.2022) NanoArgoviaProjekte 2022 Prof. Dr. M. Poggio, Direktor SNI (Doktorandenschule) https://bit.ly/3lIjtsq Prof. Dr. M. Maletinsky, Vizedirektor (Nano-Argovia-Programm) Prof. Dr. J. Huwyler (Curriculum Nanowissenschaften, Departe- ment Pharmazeutische Wissenschaften)) Prof. Dr. R. Y. H. Lim (Biozentrum) Prof. Dr. K. Moselund (Paul Scherrer Institut) Weitere Information Prof. Dr. T. Schwede (Rektorat) Prof. Dr. O. Tagit (Fachhochschule Nordwestschweiz) Prof. Dr. O. Wenger (Departement Chemie) C. Wirth, SNI Geschäftsführerin SNI (HR, Finanzen, Administ- Wenn Sie mehr über das Swiss Nanoscience Institute wissen ration) möchten, besuchen Sie doch unsere Webseite (www.nanosci- Prof. Dr. I. Zardo (Nano Technology Center und Departement ence.ch) oder folgen Sie uns auf LinkedIn, Twitter oder YouTube. Physik) Dort posten wir regelmässig Neuigkeiten aus dem Netzwerk. Wissenschaftliches Beiheft Die wissenschaftlichen Berichte aller Nano-Argovia-Projekte SNIManagement und Projekte der SNI-Doktorandenschule aus dem Jahr 2022, C. Wirth, Geschäftsführung (HR, Finanzen, Administration) finden Sie auch auf unserer Webseite oder scannen Sie einfach Dr. A. Baumgartner (Doktorandenschule) den QR-Code. Dr. A. Car (Curriculum Nanowissenschaften) https://bit.ly/3Y5fVht S. Chambers (Curriculum Nanowissenschaften) Dr. K. Beyer-Hans (Kommunikation, Outreach) S. Hüni (Kommunikation, Outreach) Dr. C. Möller (Kommunikation, Medienkontakt, Social Media) Dr. M. Wegmann (Kommunikation, Outreach, Social Media) 56 SNI Jahresbericht 2022
Titelbild: Analyse von menschlichen Zellen, die ein fluores- zierendes Protein nach einem Gentransfer expri- mieren. Lipid-Nanopartikel (LNP) wurden dabei als Träger für genetisches Material verwendet. Gezeigt ist eine Analyse der Zellen mittels konfo- kaler Mikroskopie. Hellgrüne Flecken: endosoma- le Freisetzung, grünes Signal: Galectin3-GFP, rotes Signal: Transgen RFP, cyanfarbenes Signal: Zellkerne, blaues Signal: LNP (Bild: C. Alter, De- partement Pharmazeutische Wissenschaften, Uni- versität Basel) Impressum: Gestaltungskonzept: STUDIO NEO Text und Layout: C. Möller und M. Poggio mit Unterstützung von PIs und Doktorierenden Korrektorat: C. Wirth Bilder: C. Möller und angegebene Quellen © Swiss Nanoscience Institute, März 2023 SNI Jahresbericht 2022 57
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