Argovia-Projekte 2019

Die folgenden Projekte starteten 2019 neu.

PROJEKT PROJEKT-LEITER MITARBEITER  
 
14.04 – A detector for pesticides in drinking water (DeePest) Prof. Dr. Joris Pascal (FHNW Muttenz) Prof. Dr. Patrick Shahgaldian (FHNW Muttenz)
Prof. Dr. Ernest Weingartner (FHNW Windisch)
Dr. Daniel Matter (Mems AG, Birmenstorf)
 
14.07 – Origami Heart Model Based on Nano-Patterned Paper Scaffold for Directed Cardiac Tissue Engineering (KOKORO) Dr. Maurizio Rosario Gullo (FHNW Muttenz) Dr. Joachim Köser (FHNW Muttenz)
Dr. Andrea Banfi (Universität Basel DBM)
Dr. Anna Marsano (Universität Basel DBM)
Dr. Joachim Schoelkopf (Omya International AG, Oftringen)
 
14.08 – Laser-based sub-micron structuring of polymers for advanced origination of micro-optics for physical document security applications (LASTRUPOL) Prof. Dr. Per Magnus Kristiansen (FHNW Windisch) Prof. Dr. Ronald Holtz (FHNW Windisch)
Dr. Helmut Schift (PSI)
Dr. Christian Sailer (Gemalto AG, Aarau)
 
14.13 – Novel Cancer-Targeted Nanoparticles (NCT Nano) Dr. Maya Zigler (TargImmune Therapeutics, Basel) Prof. Dr. Cornelia Palivan (Universität Basel, Dept. Chemie)
Dr. Ioana Craciun (Universität Basel, Dept. Chemie)
Prof. Dr. Yaakov Benenson (ETH D-BSSE)
 
14.15 – Nano2: A bioresponsive nano-in-nano composite for drug delivery and tissue regeneration in peri-implantitis (PERIONANO) Franziska Koch (FHNW Muttenz) Prof. Dr. Uwe Pieles (FHNW Muttenz)
Prof. Dr. Oliver Germershaus (FHNW Muttenz)
Michael Hug (Credentis AG, Windisch)
Dr. Jürgen Laubersheimer (Universität Basel, HFZ)
 
14.19 – Customized, nanostructured grating compressors for high repetition rate ultrafast lasers (UltraNanoGRACO)

Dr. Fabian Lütolf (CSEM)

Guillaume Basset (CSEM)
Dr. Bojan Resan (FHNW Windisch)
Dr. Florian Emaury (Menhir Photonics AG, Basel)
 

Erst konzentriert, dann analysiert – Im Nano-Argovia-Projekt DeePest wird ein tragbares System zur Trinkwasseranalyse entwickelt

Im Nano-Argovia-Projekt DeePest entwickeln Wissenschaftler der Hochschulen für Life Sciences und Technik der Fachhochschule Nordwestschweiz zusammen mit ihrem Industriepartner Mems AG (Birmenstorf) einen vollautomatisierten Sensor zum Nachweis von Pestiziden im Trinkwasser. Das System soll eine kostengünstige Erweiterung der bisher bestehenden Analysemethoden bieten und kontinuierlich das Auftreten eines breiten Spektrums an Pestiziden in Trinkwassersystemen nachweisen.

Im DeePest-Projekt werden unter anderem Fluoreszenz-Eigenschaften von Schadstoff-Molekülen im Wasser untersucht. (Bild: J. Pascal, FHNW)

Zwei verschiedene Sensoren
In einem ersten Schritt werden die Pestizide um mehrere Grössenordnungen konzentriert. Das erlaubt den Forschenden um Projektleiter Professor Dr. Joris Pascal (FHNW) bei der anschliessenden Analyse auf kostengünstige Methoden zurückzugreifen, die in ihrer Sensitivität auf die erwarteten Substratkonzentrationen zugeschnitten sind. Das interdisziplinäre Team fokussiert sich bei der Analyse auf zwei verschiedenen Sensoren, die verschiedene physikalische Eigenschaften nutzen und daher verschiedene Substanzklassen detektieren können.

Zunächst konzentrieren sich die Wissenschaftler auf die Erfassung der Pestizide Glyphosat, Atrazin und Naphthalen. Sie untersuchen verschiedene nanostrukturierte Kunststoffe, mit deren Hilfe die Pestizide in einem Filtersystem spezifisch angereichert werden. Parallel entwickeln sie kostengünstige Sensoren, die das Auftreten von Glyphosat, Atrazin und Naphtalen messen. 

Erweiterung bestehender Systeme
Wenn die Entwicklung erfolgreich verläuft, lässt sich das System recht einfach auch auf andere Schadstoffklassen ausdehnen, indem die Filterkartuschen zur Anreicherung mit anderen absorbierenden Kunststoffen ausgestattet werden. Denkbar wäre dann eine Integration des Geräts in den Trinkwasserkreislauf, sodass eine kontinuierliche Überwachung gewährleistet ist. 

«Wir sind optimistisch, dass wir mit dem Nano-Argovia-Projekt DeePest unsere Produktpalette erweitern können und einen günstigen, vollautomatisierten Schadstoff-Sensor zur Überwachung des Trinkwasserkreislaufs anbieten können.»

Dr. Daniel Matter, Mems AG (Birmenstorf AG)

Weitere Information zu den Projektpartnern: Hochschule für Life Sciences (FHNW), Universität Basel DBM, Mems AG


Mit Origami zum Herzmodell – Im Nano-Argovia-Projekt KOKORO nutzen Wissenschaftler nanostrukturierte Cellulose als Zellkultur-Gerüst

Im Nano-Argovia-Projekt KOKORO (japanisch: Herz) entwickelt ein Team mit Forschenden der Hochschule für Life Sciences der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), das Departement für Biomedizin der Universität Basel (DBM) und Omya International AG ein neuartiges, dreidimensionales Herzmodell.

Im Nano-Argovia-Projekt KOKORO entwickelt das interdisziplinäre Projekteam ein neuartiges dreidimensionales Herzmodell. Es wird dazu ein Cellulose-Papier entwickelt, das aufgrund seiner Nanostruktur als ideales Gerüst für Herzmuskelzellen dienen soll (Bild: M. Gullo, FHNW)

Cellulose als Grundlage
Das Team um Dr. Joachim Schoelkopf (Omya) entwickelt dazu ein geeignetes Cellulose-Papier, das aufgrund seiner Nanostrukturen als ideales Gerüst für biologische Zellen dienen soll. 

Mittels eines 3D-Biodruckprozesses bringt die Forschungsgruppe um Dr. Maurizio Gullo und Dr. Joachim Köser (beide FHNW) dünne Schichten von Herzmuskelzellen auf die unterschiedlichen Celluloselagen auf. Die Forschungsgruppe um Dr. Andrea Banfi (DBM) entwickelt ein Netzwerk aus Gefässzellen, das eine optimale Durchblutung des Herzgewebes gewährleistet. 

Die entstandenen Gewebelagen werden dann ähnlich wie bei Origami gefaltet, sodass ein miniaturisiertes künstliches Herzmodel entsteht. Das Herzmodel wird in einem von der Forschungsgruppe um Dr. Anna Marsano (DBM) eigens entwickelten Bioreaktor gezüchtet und gleichzeitig mechanisch so wie elektrisch stimuliert. Solche physiologischen Reize sind ähnlich denen in nativem Herzgewebe und helfen eine optimale Gewebereifung zu erlangen. In der Folge werden die Herzmodelle genauestens charakterisiert und physiologisch untersucht.

Ideal um Therapien zu testen
Anhand des Modells will das interdisziplinäre Forscherteam unter der Führung von Projektleiter Maurizio Gullo verschiedene Parameter des Gewebes wie auch Kontraktionskraft Volumenveränderungen und Funktionalität des «Papierherzens» untersuchen. Therapieansätze, um Herzinfarkte und andere Herzerkrankungen zu behandeln, liessen sich idealerweise an einem solchen künstlichen Herzmodell testen. Die durch das Projekt erlangten Erkenntnisse werden in Zukunft sicherlich auch als Grundlage zur Entwicklung von Gewebe-Patches für die Regenerierung von beschädigtem Herzgewebe dienen.

Geeignetes Gerüst
«Die Falttechnik ist ein eleganter Weg, um die Komplexität des 3D-Biodruckens zu reduzieren und die Herstellung in grösseren Stückzahlen zu ermöglichen. Inspiriert von Origami unterstützt hierbei das auf Cellulose basierte Zellkultur-Gerüst die Herstellung der 3D-Herzmodelle», erklärt Dr. Maurizio Gullo.

«Auf Cellulose basierende Fasernetzwerke werden mehr und mehr als Gerüst für Zellkulturen verwendet. Durch eine geschickte Auswahl der Faserdimensionen und deren räumlicher Anordnung lässt sich der Aufbau von künstlichen Geweben unterstützen.»

Dr. Joachim Schoelkopf, Leiter der Grundlagenforschung bei Omya International AG (Oftringen, AG)

Weitere Information zu den Projektpartnern: Hochschule für Life Sciences (FHNW), Hochschule für Technik (FHNW), Omya International AG


Winzige Strukturen für die Sicherheit – Im Nano-Argovia-Projekt LASTRUPOL wird ein neuer Fabrikationsprozess für Sicherheitselemente entwickelt

Im Nano-Argovia-Projekt LASTRUPOL arbeiten Forschende der Hochschule für Technik der FHNW, des Paul Scherrer Instituts und der Firma Gemalto AG (Aarau) zusammen, um einen neuen Fabrikationsprozess für Sicherheitselemente auf Ausweisdokumenten zu entwickeln. Ziel des Projektes ist es, dreidimensionale optische Strukturen mit hoher Präzision und Oberflächengüte in einem möglichst wirtschaftlichen Prozess herzustellen.

Gelaserte Teststrukturen in Kunststoff weisen eine hohe Rauheit auf, die es zu glätten gilt. (Bild: M. Kristiansen, Hochschule für Technik, FHNW)

Erst strukturiert, dann geglättet
Das Team um Projektleiter Professor Dr. Per Magnus Kristiansen trägt zunächst mithilfe ultrakurzer Laserpulse ganz gezielt Material von einer Kunststoffoberfläche ab. Anschliessend wird die mit Strukturen im Mikrometerbereich versehene Oberfläche geglättet, um eine Oberflächenrauheit im zweistelligen Nanometerbereich zu erreichen, ohne dabei die feinen Strukturen zu beeinflussen. 

Die Wissenschaftler verwenden dazu eine kontaktlose im Nano-Argovia-Projekt SurfFlow untersuchte Methode. Dabei wird die Glasübergangstemperatur (Temperatur, bei der sich die Polymere vom festen Zustand in eine zähflüssige Schmelze umwandeln) an der Oberfläche reduziert. Wird die Probe nach dieser Vorbehandlung sanft erwärmt, erreichen nur die behandelten obersten Schichten ihre Glasübergangstemperatur und glätten sich, während die darunterliegende Struktur sowie tiefer liegende Schichten so gut wie unverändert bleiben. 

Im Projekt LASTRUPOL muss diese Methode auf neue Materialien und grössere Strukturen adaptiert werden. Dieses vermeintlich einfache Vorhaben stellt eine besonders grosse Herausforderung dar, die es zu meistern gilt.

Die Kombination der beiden Techniken soll dann zur Produktion von Vorlagen führen, die zur einfachen Vervielfältigung unterschiedlicher Sicherheitselemente dienen. Die Forschenden wenden diese Methode zunächst auf zwei unterschiedliche Arten von Sicherheitselementen an: Zum einen auf optische Elemente, die aufgrund unterschiedlicher Lichtbeugung an den Strukturen entstehen und zum anderen auf optische Elemente, die durch winzige linsen- und kugelförmige Kunststofflinsen erscheinen.

Neue Technologien wichtig 
«Wir sind ein führendes Unternehmen im Bereich digitaler und physischer  Identitätslösungen», erläutert Dr. Christian Sailer (Head of Physical Document Security R&D Switzerland) beim Industriepartner des Projekts Gemalto AG. «Es ist für uns elementar, in neue Technologien zur Herstellung von Sicherheitsprodukten zu investieren, um diese Führungsrolle beizubehalten. »

«Das Nano-Argovia-Projekte LASTRUPOL bietet eine hervorragende Möglichkeit, vom Knowhow der Fachleute im Bereich der Kunststoffverarbeitung an der Hochschule für Technik und dem PSI zu profitieren.»

Dr. Christian Sailer, Gemalto AG (Aarau, AG)

Weitere Information zu den Projektpartnern: Hochschule für Technik (FHNW), Paul Scherrer Institut, Gemalto AG

 

Zwei Effekte mit einem Produkt – Im Nano-Argovia-Projekt PERIONANO werden Entzündungen bei Zahnimplantaten bekämpft und die Geweberegeneration unterstützt

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der (A) faserartigen Peptid-Netzwerkstruktur und der (B) Mikropartikel (Bilder: FHNW, Hochschule für Life Sciences, Institut für Chemie und Bioanalytik)

Im Nano-Argovia-Projekt PERIONANO untersuchen Wissenschaftler der Hochschule für Life Sciences (FHNW), des Hightech Research Center of Cranio-Maxillofacial Surgery (Universität Basel) zusammen mit dem Industriepartners credentis AG (Windisch, AG) einen neuen Ansatz um Entzündungen bei Zahnimplantaten (Periimplantitis) zu behandeln. Die Wissenschaftler entwickeln dazu ein leicht anwendbares System basierend auf einem Peptid-Hydrogel mit eingebetteten Partikeln, die sukzessive antimikrobielle Wirkstoffe freisetzen und einen regenerativen Effekt haben.

Bei Zahnimplantaten kommt es in vielen Fällen zu einer bakteriell bedingten Entzündung und daraufhin zum Abbau des umliegenden Weichgewebes und Knochens (Periimplantitis), was zum Verlust des Implantats führen kann. Die Therapie der Periimplantitis erfolgt regulär durch Verabreichung lokaler oder systemischer Antibiotika. Jedoch steht keine Therapie zur Verfügung, die gegen die Bakterien vorgeht und gleichzeitig die Regeneration des zerstörten Gewebes fördert.

Gerüst aus Peptiden
Für das Team um Projektleiterin Franziska Koch von der Hochschule für Life Sciences an der Fachhochschule Nordwestschweiz ist dies genau der Ansatz: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwenden Peptide, die ein faserartiges Netzwerk ausbilden (Abbildung 1A). In dieses Netzwerk werden verschiedene Partikel (Abbildung 1B) integriert, die in der Lage sind Wirkstoffe nach und nach freizusetzen. Die Forschenden beabsichtigen damit die lokale Freisetzung verschiedener Wirkstoffe, welche die verschiedenen pathogenen Bakterienarten lokal bekämpfen. Das Fasergerüst der Peptide wird zudem die Regeneration des zerstörten Weich- und Knochengewebes fördern.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Im Nano-Argovia-Projekt sind mit Franziska Koch, den Professoren Dr. Uwe Pieles und Dr. Oliver Germershaus (beide FHNW), PD Dr. Stefan Stübinger (Hightech Research Center of Cranio-Maxillofacial Surgery, Universität Basel) und Michael Hug (credentis AG) Partner mit ganz unterschiedlicher Expertise vereint. Durch dieses interdisziplinäre Team wird die Untersuchung der Peptid-Partikel-Matrix im Hinblick auf die Wirkstofffreisetzung, die antimikrobielle Wirkung und das Regenerationspotenzial sowie die Umsetzung in ein marktfähiges Produkt ermöglicht.

«Mit der Beteiligung am Nano-Argovia-Projekt PERIONANO erweitern wir unsere Curolox® Technologie. Der Ansatz unterstützt unsere Anstrengungen, nicht nur die Zähne gesund zu halten, sondern auch Implantate zu pflegen und Entzündungen um Implantate erfolgreich zu behandeln und die Regeneration zu fördern.»

Michael Hug, CTO bei credentis AG

Weitere Information zu den Projektpartnern: Hochschule für Life Sciences, FHNW, Hightech Research Center HFZ, credentis AG


Mit Nanopartikeln den Krebs besiegen – Im Nano-Argovia-Projekt NCT Nano wird ein neuer Ansatz in der Krebs-Immuntherapie untersucht

Drei interdisziplinäre Teams arbeiten im Nano-Argovia-Projekt NCT Nano eng zusammen, um einen neuen gezielten Ansatz in der Krebs-Immuntherapie zu charakterisieren. Wissenschaftler von TargImmune Therapeutics (Basel), dem Departement Chemie der Universität Basel und dem Department Biosysteme der ETH Zürich in Basel untersuchen bestimmte Nanopartikel, die eine spezifische Fracht in Krebszellen einschleusen. Diese Fracht löst gleichzeitig das gezielte Abtöten der Krebszellen und eine Immunreaktion aus, welche die Tumore zerstört. In dem Projekt werden wichtige Parameter erfasst, die notwendig sind, um die Entwicklung des neuen therapeutischen Ansatzes von TargImmune Therapeutics in der Klinik zu unterstützen.

In den letzten Jahren wurden signifikante Fortschritte im Bereich der Krebstherapie erzielt. Jedoch gehört Krebs weiterhin zu den häufigsten Erkrankungs- und Todesursachen weltweit. Für solide Tumore wurden zahlreiche Behandlungsmöglichkeiten entwickelt und zugelassen, darunter kleine Moleküle, Antikörper und zellbasierte Therapien. Tumore sind jedoch sehr heterogen und entkommen der oder unterdrücken die Immunantwort, die sich gegen den Tumor richtet. So kommt es immer wieder zu Resistenzen gegenüber der Behandlung.

Für einige Indikationen haben in der letzten Zeit Antikörper, welche die Immunantwort beeinflussen, signifikante Ergebnisse erzielt. Jedoch reagiert nur ein Teil der Patienten auf diese Behandlung. Für einen Grossteil steht diese Option nicht zur Verfügung.

TargImmune Therapeutics entwickelt nun eine neue Technologieplattform basierend auf Forschung an der Hebrew University in Jerusalem. Die Technologie nutzt chemische Vektoren, die selektiv in Krebszellen eindringen und eine spezifische Fracht einschleusen, die zum Tod der Zelle führt und gleichzeitig eine Immunantwort gegen den Tumor stimuliert.

Sicherer Transport
Die Fracht wird mit einem chemischen Vektor verpackt und bildet Nanopartikel. Diese Nanopartikel sollten stabil sein und einen sicheren Transport im Körper gewährleisten, ohne dabei von Enzymen abgebaut zu werden und die angesteuerten Krebszellen ohne Beeinflussung gesunder Zellen erreichen. Die Faktoren, welche die Stabilität der Nanopartikel beeinflussen und zur Wirksamkeit der Therapie beitragen, werden im Labor von Professor Cornelia Palivan vom Department Chemie der Universität Basel untersucht und optimiert.

Bestimmung verschiedener Parameter notwendig
Die TargImmune-Therapie hat sich in einigen Mausmodellen bereits bestens bewährt. Bevor die Medikamente jedoch in klinischen Studien verwendet werden können, müssen die optimalen Bedingungen für die Formulierung identifiziert werden. Das Palivan-Team wird daher eine Reihe von Schlüsselparametern untersuchen, die mit der Stabilität der Nanopartikel verbunden sind. Dabei spielen physikochemische Eigenschaften, Reproduzierbarkeit und Qualitätskontrolle eine wichtige Rolle. Zudem wird die Palivan-Gruppe unter Verwendung verschiedener Mikroskopiertechniken zum Verständnis beitragen, wie die Partikel binden und die Fracht in die Zielzellen einschleusen.

Die Gruppe von Professor Yaakov (Kobi) Benenson vom D-BSSE wird neuste Sequen-ziermethoden einsetzen, um die Aktivität der neuen Nanopartikel in einer Reihe von verschiedenen Zelllinien zu untersuchen.

«Wir sind optimistisch, dass unser Ansatz zahlreichen Patienten weltweit im Kampf gegen den Krebs helfen kann. Das Nano-Argovia-Projekt erlaubt uns wichtige Einblicke zu gewinnen, die zu der Entwicklung unserer Medikamente für die Klinik beitragen.»

Dr. Maya Zigler, Projektleiterin von NCT Nano und Leiterin der Forschung bei TargImmune Therapeutics

Weitere Information zu den Projektpartnern: Departement Chemie, Universität Basel, D-BSSE, ETHZ in Basel, TargImmune
Therapeutics


Kürzere Lichtpulse dank nano-strukturierter Gitter – Im Nano-Argovia-Projekt UltraNanoGRACO wird ein neuartiges Lasersystem getestet

Wissenschaftler des CSEM Muttenz, der Fachhochschule Nordwestschweiz und des Startups Menhir Photonics AG (Basel) setzen nanostrukturierte Gitter ein, um extrem kurze Lichtpulse mit hoher Energie zu generieren (Foto: CSEM Muttenz, FHNW, Menhir Photonics).

Im Nano-Argovia-Projekt UltraNanoGRACO untersucht ein Wissenschaftlerteam des CSEM Muttenz, der Fachhochschule Nordwestschweiz und des Startups Menhir Photonics AG (Basel) einen neuartigen Laserpuls-Kompressor, der mit einem ultraschnellen Laser kombiniert werden soll. Das Lasersystem soll für extrem
kurze Lichtpulse mit hoher Energie sorgen.

Verstärkung erforderlich
Ultraschnelle Laser haben eine Vielzahl von möglichen Anwendungen. Diese reichen von Telekommunikation über Messtechnik oder Bearbeitung von Metallen bis hin zu medizinischen Anwendungen. Die Lichtpulse dieser Laser sind weniger als 1 Pikosekunde (10-12 Sekunden) lang. Je nach Anwendung müssen die Pulse verstärkt werden. Um Schäden an den Verstärkern durch zu hohe Pulsenergie zu vermeiden, werden die Lichtpulse dabei zunächst gestreckt und hinter dem Verstärker wieder komprimiert. Dabei hat die Qualität der Komprimierung einen entscheidenden Einfluss auf die Länge des Pulses und die maximale Energie. Für verschiedene Anwendungen müssen diese Parameter optimiert werden.

Gitter führen zur Überlagerung
Im Nano-Argovia-Projekt UltraNano-GRACO untersuchen Wissenschaftler unter Leitung von Dr. Fabian Lütolf vom CSEM Muttenz einen neuartigen Laserpuls-Kompressor für ultraschnelle Laser, der eine individuelle Anpassung der Pulslänge und Pulsenergie ermöglichen soll. Dabei passieren die gestreckten Lichtpulse die neu entwickelten optischen Gitter. Die Gitter bewirken, dass sich die zuvor zeitlich und räumlich getrennten Wellenlängen nun erneut überlagern, wodurch ein kürzerer und intensiverer Lichtpuls entsteht.

Der im Projekt zusammen mit den Partnern Dr. Bojan Resan (Hochschule für Technik, FHNW) und Dr. Florian Emaury (Menhir Photoics AG) untersuchte Kompressor verkürzt und verstärkt den Lichtpuls nicht nur massgeschneidert, sondern erfüllt mit einem optimierten Design zudem die nötigen Anforderungen bezüglich Stabilität und Wirtschaftlichkeit.

Die Projektpartner testen, ob der Kompressor zusammen mit dem ultraschnellen Menhir Photonics Laser in der Lage ist, zuverlässig Pulse mit Wellenlängen von 1550 nm zu generieren, die für Telekommunikation, Messtechnik und nicht-lineare optische Anwendungen verwendet werden können.

«Die beteiligten Partner im Nano-Argovia-Projekt UltraNanoGRACO ergänzen sich bestens mit ihrer Expertise im Design und der Herstellung von Nanostrukturen sowie in der Forschung und Entwicklung von Lasern. Für Menhir Photonics ist das Projekt eine ideale Gelegenheit eine Machbarkeitsstudie durchzuführen.»

Dr. Florian Emaury, Geschäftsführer und Mitgründer von Menhir Photonics AG

Weitere Information zu den Projektpartnern: CSEM, Hochschule für Technik, FHNW, Menhir Photonics