Argovia-Projekte 2019

Die folgenden Projekte starteten 2019 neu.

PROJEKT PROJEKT-LEITER MITARBEITER  
 
14.04 – A detector for pesticides in drinking water 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 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 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 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 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

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)


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 For-schungsgruppe 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 Gefässzel- len, 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)


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, von dem Knowhow der Fachleute im Bereich der Kunststoffverarbeitung an der Hochschule für Technik und dem PSI zu profitieren.»

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