Argovia-Projekte 2022

Die folgenden Projekte starteten 2022 neu.

PROJEKT PROJEKT-LEITER MITARBEITER
17.01 B7H3 NANOBODY-PC – B7H3 Nanobody Polymer Conjugates as novel theranostic tool for immuno-oncology Dr. Christian Geraths (CIS Pharma AG, Bubendorf) Prof. Dr. Oliver Germershaus (FHNW Muttenz)
Prof. Dr. Thomas Villiger (FHNW Muttenz)
Dr. Martin Behe (PSI)
(Prof. Dr. Javad Nazarian) (KISPI Zürich)
17.02 CRONOS – Cosmic-Ray Reliability of Nanoscale Oxide Layers in Power Semiconductors Prof. Dr. Renato Minamisawa (FHNW Windisch) Dr. Christian Grünzweig (ANAXAM)
Dr. Arnost Kopta (SwissSEM GmbH, Lenzburg)
17.03 FuncEM – Functional cryo-EM Sample Preparation Dr. Thomas Braun (Universität Basel, Biozentrum) Prof. Dr. Takashi Ishikawa (PSI)
Prof.em. Dr. Andreas Engel (cryoWrite AG)
17.04 META-DISPLAYS – Nanoimprinted Metasurfaces Dr. Benjamin Gallinet (CSEM SA Muttenz) Dr. Dimitrios Kazazis (PSI)
Dr. Richard Frantz (Rolic Technologies Ltd.)

Robuste Kombination im Kampf gegen Krebs

In dem Nano-Argovia-Projekt «B7H3 Nanobody PC» entwickeln Forschende ein neuartiges Nanokörper-Polymer-Konjugat. Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus einem zellspezifischen Nanokörper und einem Polymerträger, der mit unterschiedlichen Wirkstoffen beladen werden kann und im Kampf gegen Krebs eingesetzt werden soll. Die Nanokörper-Polymer-Kombination soll die Bluthirnschranke passieren können und an ein spezifisches Zielmolekül auf der Oberfläche von Krebszellen binden. Je nach Wirkstoff, der daraufhin freigesetzt wird, sollen Krebszellen im Gehirn erfolgreich bekämpft oder dargestellt werden können.

Dr. Daniela Winkler und Michael Hackebeil von CIS Pharma stellen das Trägerpolymer für das Nano-Argovia-Projekt her. (Bild: CIS Pharma)

Nanokörper, die spezifisch binden
Krebserkrankungen gehören trotz grosser Erfolge in der Forschung nach wie vor zu den häufigsten und tödlichsten Krankheiten in der westlichen Welt. Heutzutage werden konventionelle Therapien wie Chemo- und Strahlentherapie häufig durch Medikamente ergänzt, die Antikörper enthalten und ganz spezifisch an bestimmte Moleküle auf der Oberfläche von Krebszellen binden.

Auch Nanokörper (auch Einzeldomänenantikörper genannt) werden so entwickelt, dass sie spezifisch an Proteine binden, die besonders häufig auf der Oberfläche von Krebszellen zu finden sind. Wenn diese Nanokörper zudem mit Polymerträgern kombiniert werden, die mit unterschiedlichen therapeutischen oder diagnostischen Wirkstoffen beladen werden können, ergeben sich neue Therapieansätze. Derartige Nanokörper-Polymer-Kombinationen sind robuster als Antikörper und nur etwa ein Zehntel so gross. Ziel der Forschenden im Nano-Argovia-Projekt «B7H3 Nanobody PC» ist es, die Zusammensetzung der Konjugate so zu variieren, dass sie die Blut-Hirn-Schranke überwinden können.
Das Wissenschaftlerteam unter Leitung von Dr. Christian Geraths (CIS Pharma AG) kombiniert einen neu entwickelten humanisierten Nanokörper mit einer von CIS Pharma entwickelten Technologie, die es ermöglicht, Polymerträger mit einer therapeutischen Nutzlast oder einem Diagnostikum zu beladen.

Das Team von CIS Pharma, der Hochschule für Life Sciences der FHNW, des Paul Scherrer Instituts und des Universitäts-Kinderspitals Zürich (ohne Finanzierung durch das SNI) hat dabei ein Protein als Zielmolekül ausgewählt, das bei etwa 60 % aller Krebserkrankungen vermehrt auf der Oberfläche der Krebszellen produziert wird. Die neu entwickelten Nanoköper binden daher vor allem an derartige Krebszellen. Nach der Bindung setzen die Nanokörper ihre Fracht gezielt in den Tumorzellen frei ohne gesunde Zellen zu belasten.

Für Therapie und Diagnostik geeignet
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler testen zudem die Möglichkeit, die Nanokörper-Polymer-Kombination zur gezielten Bekämpfung von Krebszellen mittels wachstumshemmender Substanzen (z.B. radioaktive Isotope) zu nutzen. Zum anderen untersuchen sie auch, ob sich die Methode zur Überwachung der Therapie oder zur Früherkennung eignet.

Der Ansatz könnte auch bei der bisher nur begrenzt möglichen Behandlung von Hirntumoren (Glioblastom) erfolgreich sein. Hier ist die Passage der Wirkstoffe durch die Blut-Hirn-Schranke erforderlich – was mit der Nanokörper-Polymer-Kombination erreicht werden soll.

«Wir sind optimistisch, dass unsere modular einsetzbare Technologie mit ihrem hohen Grad an Flexibilität auch geeignet ist, Krebserkrankungen zu diagnostizieren und zu therapieren, bei denen ein Überwinden der Blut-Hirn-Schranke erforderlich ist.»

Dr. Christian Geraths, CSO bei
CIS Pharma AG

Weitere Informationen:

Nano-Argovia-Programm
www.nanoargovia.swiss

CIS Pharma AG
https://www.cis-pharma.com

Hochschule für Life Science (FHNW)
https://www.fhnw.ch/de/die-fhnw/hochschulen/lifesciences

Paul Scherrer Institut
https://www.psi.ch/de

Universitäts-Kinderspital Zürich
https://www.kispi.uzh.ch


Einfluss kosmischer Strahlung auf Leistungshalbleiter

Im Nano-Argovia-Projekt CRONOS untersucht ein interdisziplinäres Wissenschaftler-Team die Auswirkung kosmischer Strahlung auf bestimmte Schichten in Leistungshalbleitern. Die Forschenden wollen besser verstehen, welche physikalischen Vorgänge zu Ausfällen führen können und darauf basierend robustere Leistungshalbleiter entwickeln.

Der mit Halbleiterchips bestückte Probenhalter für die geplanten Bestrahlungsexperimente wurde im Nano-Argovia-Projekt CRONOS entwickelt. (Bild: FHNW Windisch)

Für hohe Ströme und Spannungen geeignet
Fossile Brennstoffe sind out. Stattdessen werden immer mehr Anwendungen elektrifiziert und durch erneuerbare Energiequellen versorgt. Dazu sind Halbleiterbauelemente notwendig, die für hohe elektrische Ströme und Spannungen ausgelegt sind.

Die Funktionalität dieser modernen Leistungshalbleiter hängt entscheidend von der Zuverlässigkeit und Integrität der sogenannten Gate-Oxidschicht ab – einer Schicht zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleitersubstrat. Diese meist nur 50-100 Nanometer dicke Schicht muss elektrische Leckströme verhindern. Bei Ausseneinsätzen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder bei Solar- und Windkraftanlagen, sind die Gate-Oxidschichten über einen Zeitraum von vielen Jahren grossen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und auch kosmischer Strahlung ausgesetzt. Trotz rauer Umweltbedingungen dürfen sie ihre Eigenschaften nicht verändern und müssen ohne Ausfälle über einen langen Zeitraum zuverlässig funktionieren.

Belastungstest unter Strahlung
In dem Nano-Argovia-Projekt CRONOS untersuchen nun Forschende der Hochschule für Technik (FHNW Windisch), des Technologietransferzentrums ANAXAM und des Industriepartners SwissSEM Technologies AG (Lenzburg) wie zuverlässig diese nanoskaligen Gate-Oxidschichten unter kontrollierter Einwirkung kosmischer Strahlung arbeiten. Die Forschenden simulieren dazu die kosmische Strahlung, indem sie die Leistungshalbleiter mit Protonen und Neutronen bestrahlen und gleichzeitig eine elektrische Spannung anlegen.

Das Team, das von Professor Dr. Renato Minamisawa und Professor Dr. Nicola Schulz (beide FHNW) geleitet wird, führt dann elektrische und thermische Belastungstest der Gate-Oxidschichten durch.

Die untersuchten Leistungshalbleiter stellt der Industriepartner SwissSEM Technologies zur Verfügung. Es handelt sich dabei um einen von SwissSEM entwickelten IGBT-Transistor (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), der für viele Hochleistungsanwendungen, bei denen elektrische Energie umgewandelt werden muss verwendet werden kann (beispielsweise bei Elektrofahrzeugen).
Durch die genaue Studie der Leistungshalbleiter erhoffen sich die Forschende ein besseres Verständnis der physikalischen Prozesse, die zu Ausfällen von Bauelementen führen, wenn kosmische Strahlung in die Gate-Oxidschichten eindringt. Dieses Verständnis wollen sie dann für die Entwicklung von robusteren Leistungshalbleitern nutzen.

«Für uns ist das Nano-Argovia-Projekt CRONOS eine ideale Gelegenheit mit Fachleuten auf dem Gebiet der Leistungshalbleiter und der Materialanalyse zusammen zu arbeiten und von deren Knowhow zu profitieren.»

Dr. Arnost Kopta, CTO SwissSEM Technologies AG

Weitere Informationen:

Nano-Argovia-Programm
www.nanoargovia.swiss

SwissSEM GmbH
https://www.swiss-sem.com

Hochschule für Technik (FHNW)
https://www.fhnw.ch/de/die-fhnw/hochschulen/ht

ANAXAM
https://www.anaxam.ch/de


Funktionstest vor dem Schockfrieren

In dem Nano-Argovia-Projekt FuncEM entwickeln Forschende eine Erweiterung des cryoWrite-Systems, mit dem sich winzige Probenmengen verlustfrei schockgefrieren lassen, bevor sie dann mittels Kryo-Elektronenmikroskopie untersucht werden. Das geplante Ergänzungsmodul soll die Abbildung der «lebenden» Proben unter einem Lichtmikroskop unmittelbar vor dem Gefrierprozess ermöglichen und so relevante Information über die Funktionalität der untersuchten Strukturen liefern.

Nicolas Candia und Alejandro Lorca Mouliaà von cryoWrite arbeiten zusammen mit dem Nano-Argovia-Projektteam daran, die cryoWrite-Technologie weiterzuentwickeln.

Aufbereitung kleinster Probenmengen
Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist heute aus der biomedizinischen und der Grundlagenforschung nicht mehr wegzudenken. Sie erlaubt die detailgenaue, dreidimensionale Abbildung kleinster Strukturen in biologischen Proben.

Das junge Startup cryoWrite AG hat ein Probenvorbereitungssystem entwickelt, mit dem winzige Mengen des Probenmaterials blitzschnell und verlustfrei auf Temperaturen unter -150°C abgekühlt werden können. Das in der Probe enthaltene Wasser bildet dabei keine Kristalle, sondern geht in einen glasartigen Zustand über. Fachleute sprechen dabei von einer Vitrifikation. Die Moleküle in den Zellen bleiben dadurch intakt und lassen sich mithilfe der Kryo-EM genauestens untersuchen und in ihrer räumlichen Struktur abbilden.

Korrelation zwischen Struktur und Funktion
In zahlreichen Fällen wäre es wünschenswert an der lebenden Probe unmittelbar vor der Vitrifikation die Funktionalität der im Fokus stehenden Strukturen zu untersuchen, um Korrelationen zwischen Struktur und Funktion analysieren zu können.

Forschende der Universität Basel, des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der Firma cryoWrite AG entwickeln und testen daher im Nano-Argovia-Projekt FuncEM ein Ergänzungsmodul des cryoWrite-Systems, das die Abbildung der dünnen Probenschicht unmittelbar vor der Vitrifikation durch Fluoreszenz- und Dunkelfeld-Lichtmikroskopie ermöglicht.

Unter Leitung von Dr. Thomas Braun vom Biozentrum fokussiert sich das interdisziplinäre Team dabei zunächst auf die Untersuchung von dünnen Flimmerhärchen. Diese sogenannten Zilien sind für die Bewegung eukaryotischer Zellen wichtig und spielen bei zahlreichen Krankheiten eine entscheidende Rolle.

Die Forschenden verwenden für ihre Analysen einen neu entwickelten Prototyp des cryoWrite-Systems, der licht- und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der Probe direkt auf dem Probenträger erlaubt. Die Probe befindet sich dabei in einer Umgebung, die das Überleben der Zellen gewährleistet und die Beweglichkeit der Zilien nicht einschränkt. Die Forschenden planen zudem ein Überwachungssystem einzurichten, das die Bewegung der Flimmerhärchen aufzeichnet. Diese Untersuchungen werden unmittelbar vor der Vitrifikation der Proben auf demselben Probenträger stattfinden und daher eine unmittelbare Verknüpfung von Funktion und ermittelter Struktur erlauben.

«Das Nano-Argovia-Programm bietet uns eine fantastische Gelegenheit unseren neuen Prototypen gemeinsam mit Spezialistinnen und Spezialisten vom Biozentrum und dem Paul Scherrer Institut weiterzuentwickeln und damit auf dem Markt bessere Chancen zu haben.»

Professor Dr. Andreas Engel, CEO bei cryoWrite AG

Weitere Informationen:

Nano-Argovia-Programm
www.nanoargovia.swiss

cryoWrite AG
https://opencorporates.com/companies/ch/1447480

Forschungsgruppe Thomas Braun
https://bit.ly/3kLY2TW

Paul Scherrer Institut
https://www.psi.ch/de


In Zukunft faltbar und rollbar

Im Nano-Argovia-Projekt META-DISPLAYS entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Bauteil für roll- und faltbare Bildschirme, das die Ausbreitung des Lichts gezielt verändern und steuern soll. Dieser sogenannte Metasurface-Phasenverzögerer muss farbneutral sein und Licht gut passieren lassen. Um den Kontrast zu maximieren, soll er allerdings Rückreflektionen reduzieren. Vor allem muss er extrem dünn sein, damit der Bildschirm hoch flexibel bleibt.

In Zukunft werden vermehrt flexible Bildschirme eingesetzt. (Bild: Rolic Technologies)

Verschiedene Anforderungen
In Zukunft wird es vermehrt falt- und rollbare Bildschirme, Tablets und Smartphones geben. Die darin enthaltenen Bauteile müssen dünner sein als herkömmliche Elemente, damit eine hohe Flexibilität gewährleistet ist. Um den Kontrast der Displays zu maximieren, ist es zudem erforderlich, die Rückreflektion des Umgebungslichts zu reduzieren.

Die am Nano-Argovia-Projekt META-DISPLAYS beteiligten Forschenden vom CSEM in Muttenz, vom Paul Scherrer Institut (PSI) und von Rolic Technologies Ltd. entwickeln dafür einen sogenannten Metasurface-Phasenverzögerer, der im Zusammenspiel mit einem Polarisator diese Bedingungen erfüllen soll – dabei aber hochtransparent bleibt.

Vielversprechende strukturierte Oberflächen
Ein Metasurface-Phasenverzögerer besitzt winzige Strukturen auf seiner Oberfläche. Diese nanoskaligen Strukturen sind in der Lage, die Phasen des elektromagnetischen Feldes, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird, sehr effektiv zu steuern. Durch den Einsatz modernster lithografischer Methoden ist es möglich, die Oberflächen der Phasenverzögerer auf ganz unterschiedliche Art und Weise zu strukturieren und so die gewünschte hohe Phasenverzögerung des Lichts beim Passieren einer Schicht von nur einigen hundert Nanometern zu erzielen.

Das von Dr. Benjamin Gallinet (CSEM) geleitete Team wird dabei verschiedene Nanostrukturen auf der Oberfläche testen. Das Ziel ist es, die Kombination zu identifizieren, mit der die Dicke des Phasenverzögerer verringert werden kann, aber gleichzeitig eine hohe Transmission und Farbneutralität erreicht wird. Die Forschenden verwenden dabei nanotechnologische Lithografie-Methoden (Ultraviolett-Nanoimprint-Lithographie), die sich auch im industriellen Massstab anwenden lassen.

«Ein Metasurface-Bauteil wird es Rolic ermöglichen, seinen Wettbewerbsvorteil als Materiallieferant für die Display-Industrie zu stärken. Darüber hinaus hat die Metasurface-Technologie auch in anderen Segmenten der Unterhaltungselektronik, zum Beispiel als flache Bildschirmelemente in Smartphones grosses Potenzial.»

Dr. Richard Frantz, Leiter Entwicklung, Rolic Technologies Ltd.

Weitere Informationen:

Nano-Argovia-Programm
www.nanoargovia.swiss

Rolic Technologies Ltd.
https://on.basf.com/3xtllYA

CSEM
https://www.csem.ch/Home

Paul Scherrer Institut
https://www.psi.ch/de