Swiss NanoConvention 2016

Basel zum zweiten Mal Gastgeber der SNC

Vom 30. Juni bis 1. Juli kamen anlässlich der sechsten Swiss NanoConvention (SNC) fast 650 Nanowissenschaftlerinnen und Nanowissenschaftler aus der ganzen Welt im Congress-Center in Basel zusammen. Den Teilnehmern aus Forschung und Industrie bot sich ein diverser Mix aus exzellenten Vorträgen über neuste Forschungsansätze, einer vielfältigen Posterausstellung mit über 160 Postern und ein Angebot von 30 Ausstellern, die anhand ihrer Produkte belegten, dass Nano auf dem Markt angekommen ist.

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Nach 2013 fand die SNC bereits zum zweiten Mal in Basel statt. Dem Programmkomitee war es erneut gelungen, renommierte Nanowissenschaftlerinnen und Nanowissenschaftler von internationalen Elite-Universitäten einzuladen und den Teilnehmern der SNC so Einblicke in deren wegweisende Forschung zu gewähren. Die grosse Mehrheit der SNC-Besucher wusste dies zu schätzen und beurteilte die Qualität und Vielfalt der Veranstaltung sehr positiv. Schon die acht hervorragenden Plenar-Vorträge spiegelten die enorme Diversität der Themen wieder und zeigten deutlich, welchen Einfluss die Nanoforschung auf wichtige Gebiete nehmen kann, die unsere Gesellschaft heute beschäftigen.

Zellteilung verstehen lernen
In der Güntherodt Lecture präsentierte beispielsweise Professor Daniel Müller (D-BSSE ETHZ in Basel, Schweiz) wie er mit seinem Team die Teilung tierischer Zellen untersucht. Bevor dieser komplexe Teilungsprozess beginnt, verändern die Zellen ganz deutlich ihre Form. Wenn diese notwendige Morphologieänderung nicht stattfindet, kann dies zur Entstehung von Krebserkrankungen führen. Die Wissenschaftler analysieren nun mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie sowie zellbiologischer und genetischer Werkzeuge den genauen Ablauf des Abrundungsprozesses und entschlüsseln die beteiligten Proteine und Gene. Dieses Wissen kann später helfen, die Teilung von Krebszellen zu unterdrücken.

Effiziente Analyse
Einen Einfluss auf die Behandlung von Krankheiten hat ebenfalls die von Dr. Steven Henck (Genia Technologies, Santa Clara, Kalifornien, USA) vorgestellte nanotechnologische Methode, Erbgut schnell und zuverlässig zu entschlüsseln. Sein Team nutzt dazu eine biologische Nanomaschine. Diese synthetisiert einen DNA-Strang, der komplementär zu dem zu analysierenden Erbgut ist. Die einzelnen Bausteine sind unterschiedlich markiert. Diese Markierung wird bei der Passage durch eine Nanopore erkannt und liefert somit die Sequenz der Bausteine und damit den genetischen Code des untersuchten Materials. Das Ziel der Wissenschaftler ist es, ein Gerät zu entwickeln und zu vermarkten, die schnell und mit minimalen Probenmengen DNA eines Patienten analysiert und damit Vorhersagen über die Wirksamkeit eines Medikaments zu machen.

Selbstorganisation komplexer Systeme
Um Viren, die zum Teil auch an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind, drehte es sich bei dem Vortrag von Professor Vinothan Manoharan (Harvard University, Cambridge, USA). Die einfachsten Viren bestehen aus RNA und einer Eiweisshülle. Mischt man die Komponenten in einem Reagenzglas, bilden sich – wie von Geisterhand – in kürzester Zeit vollständige Viren. Vinothan Manoharan untersucht die Dynamik dieser Selbstanordnung der Viren mit verschiedenen optischen Techniken. Das Verständnis dieser Vorgänge kann sowohl für die Medizin als auch für die Nanotechnologie entscheidende Impulse liefern und soll helfen, die prinzipiellen physikalischen Prinzipien komplexer Systeme zu verstehen.

Künstliche Photosynthese
Ein weiteres Thema, das unsere Gesellschaft beschäftigt und Thema für einen Plenar-Vortrag war, ist die Energieversorgung sowie die Fixierung des Treibhausgases Kohlendioxid. Professor Peidong Yang (University of California, Berkeley, USA) erforscht dazu Möglichkeiten der künstlichen Photosynthese. Sein Ziel ist – dem Vorbild der grünen Pflanzen folgend – aus Kohlendioxid und Wasser energiereiche Kohlenhydrate und Sauerstoff herzustellen. Da Yang allerdings die Lichtausbeute optimieren möchte, verwendet er keine Pflanzen sondern kombiniert halbleitende Nanodrähte mit acetogenen Bakterien. Die Nanodrähte fungieren in dem System als winzige Solarzellen. Weitaus effektiver als das bei der natürlichen Photosynthese geschieht «fangen» die Nanodrähte das Licht ein und stellen Ladungsträger bereit. Die Bakterien, die von Natur aus nicht in der Lage sind Photosynthese zu betreiben, nutzen diese Ladungsträger, um Kohlendioxid zu Kohlenstoffverbindungen zu reduzieren und somit einen Speicher für chemische Energie zu bilden. Die Arbeiten von Yang könnten dazu beitragen, dass das Treibhausgas Kohlendioxid vermehrt gebunden und daraus Treibstoff hergestellt werden kann.

Fixierung von Treibhausgasen
Möglichkeiten um Kohlendioxid zu binden stellte der ebenfalls aus Berkeley (Kalifornien) kommende Professor Omar Yaghi vor. Er widmet sich sogenannten metallorganischen Gerüsten (MOF von metal-organic frameworks). Das sind poröse kristalline Materialien aus metallischen Komponenten und organischen Molekülen, die ein-, zwei- oder dreidimensionale Netzwerke bilden. Die Poren der MOFs lassen sich auf unterschiedliche Weise funktionalisieren, sodass beispielsweise Kohlenstoff oder Wasser zeitweise darin «gefangen» werden kann. Eine Anwendung, bei der die MOFs genutzt werden, um Methan als Antriebsmittel zu binden und damit zu komprimieren, wird bereits kommerzialisiert.

Flüssigkeit verhindert Haftung
Nahe der Anwendung sind auch die Forschungsansätze, die Professor Joanna Aizenberg (Harvard University, Cambridge, USA) verfolgt. Sie entwickelt Oberflächen, an denen auch unter extremen Bedingungen Mikroorganismen, Eis oder Flüssigkeiten nicht haften. Sie hat dazu nach dem Vorbild der Kannenpflanzen Oberflächen entwickelt, bei denen ein Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche die Haftung von Partikeln verhindert. Im Schiffsbau beispielsweise könnte diese SLIPS genannte Technologie eingesetzt werden, um den Bewuchs von Algen und Seepocken zu verhindern und damit enorme Mengen an Treibstoff einzusparen. Auch für Katheder und andere Medizinalprodukte wäre eine Oberfläche, die den Bewuchs von Bakterien und das Anhaften von viskösen Flüssigkeiten verhindert sowie resistent gegenüber Beschädigungen ist, sehr willkommen.

Mit Silizium zum Quantencomputer
Der erste und der letzte Keynote-Vortrag der SNC führte die Zuhörerinnen und Zuhörer in ganz andere Welten. Professor Michelle Simmons, die eigens aus Sydney (Australien) angereist war, präsentierte gleich zu Beginn der Konferenz ihren praktischen Ansatz mit Silizium einen Quantencomputer zu realisieren. Sie hat bereits vor 10 Jahren mit diesen Arbeiten begonnen und ist inzwischen in der Lage mit Hilfe eines besonderen Rastertunnelmikrosko einzelne Phosphoratome ganz präzise in Siliziumkristalle einzubauen und dann den Eigendrehimpuls der Elektronen zur Informationsspeicherung zu nutzen. Die Rechenleistung eines solchen Quantencomputers würde die der heutigen Computer bei wei-tem übersteigen und beispielsweise unsortierte Datenmengen effektiv und schnell durchsuchen können.

Neue Ansätze in der Chemie
Auch der letzte Keynote-Sprecher Professor Thomas Ebbesen (Universität Strasbourg, Frankreich) befasst sich mit Fragestellungen aus der Welt der Quanten. Der Kavli-Preisträger von 2014 versucht besondere Eigenschaften des Vakuums zu nutzen, die sich aus der Quantenphysik ergeben. Das Vakuum ist demnach nicht leer, denn es können spontan Teilchen und Antiteilchen für kurze Zeit entstehen und dann wieder verschwinden. Diese Vakuumfluktuationen beeinflussen die elektomagnetische Wechselwirkung mit Materie. Sie können in kleinen speziell geformeten Hohlräumen besonders stark hervortreten und den Elektronentransfer und damit chemische Reaktionen von Molekülen beschleunigen.Thomas Ebbesen erklärte, wie er mit seinem Team auf diese Weise Produkte mit modifizierten Eigenschaften wie verbesserter elektrischer Leitfähigkeit herstellen möchte.

Vielfältige Informationen
Zwischen den Keynote-Vorträgen fanden während der zwei Konferenztage elf teilweise parallel laufende Sessions statt. 30 Jahre Rasterkraftmikroskopie, Nanobiologie, Nano für Energie, Herstellungsprozesse, Materialien, Sensorik, Quantentechnologie, Quantenoptik und funktionelle Oberflächen waren die übergeordneten Themen, zu denen 32 geladene Redner ihre neusten Forschungsergebnisse präsentierten. Daneben hatte die Kommission für Technologie und Innovation (KTI) zu einem Satellitensymposium eingeladen, bei dem angewandte Themen vorgestellt wurden. Diskutiert wurde dann vor allem während der Pausen an den 160 Postern und mit den 30 Ausstellern. Unterstützt durch den sehr guten Service des Kongresszentrums herrschte während der gesamten SNC eine entspannte, lockere Atmosphäre, die den Gedankenaustausch und das Knüpfen von Kontakten unterstützte.

Zitate

«Die SNC 2016 in Basel war eine phantastische Veranstaltung, die Nanotechnologen aus der ganzen Welt aus ganz unterschiedlichen interdisziplinären Gebieten zusammen gebracht hat. Die Atmosphäre während der Konferenz war freundlich, herzlich, kollegial und inspirierend neue Kollaborationen zu starten. Es wäre schön, wenn Konferenzen dieser Art und Qualität regelmässig abgehalten würden, um den ausserordentlichen Nanotech Hub Schweiz hervorzuheben und zu unterstützen.» Daniel Müller, Professor am D-BSSE der ETH Zürich in Basel

«Das Meeting war eines der besten, das ich dieses Jahr besucht habe. Es war gut organisiert, die Talks waren sehr interessant und in verschiedenen Gebieten der Nanowissenschaften angesiedelt und die Diskussionen mit anderen Wissenschaftlern in den Pausen waren exzellent.» Omar M. Yaghi, Professor an der University of California, Berkeley und Co-Direktor des Kavli Energy NanoSciences Institute

«Ich habe von verschiedenen Seiten Rückmeldungen bezüglich der einwandfreien Organisation bekommen. Zahlreiche der internationalen Gäste haben selten eine so gut und problemlos organisierte Konferenz erlebt. Damit hat das SNI, das Department Physik in Basel und der Forschungsplatz Schweiz einen bleibenden exzellenten Eindruck hinterlassen.” Patrick Maletinsky, Professor Departement Physik, Universität Basel

«Ich habe die Konferenz sehr genossen. Es gab eine gute Mischung wichtiger Themen. Ich habe mich derart in die Diskussion mit den Studenten vertieft, dass ich offensichtlich das Abendessen für die Sprecher verpasst habe.» Peidong Yang, Professor University of California, Berkeley

Einen Bericht aus Sicht des Hauptsponsors BaselArea.swiss, der auch auf die CLINAM-Konferenz vor der SNC eingeht, finden Sie unter: www.i-net.ch/blog/brief-reviewextraordinary- nano-week-basel/ Einige Interviews gibt es unter: www.scienceradio.ch