Kursbeschreibung Blockkurse - Swiss Nanoscience Institute
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Kursbeschreibung Blockkurse
Inhalt A. Zeitdauer 3 Wochen, nachmittags, 3 KP pro Kurs ................................................ 3 1. Koordinationschemie .......................................................................................................................... 3 2. Struktur-Funktionsbeziehungen von Proteinen ................................................................................... 3 3. Quantum Coherence Lab .................................................................................................................... 4 4. Methods in Nanobiology .....................................................................................................................5 5. Self-assembling polymers................................................................................................................... 5 6. Nanolithographie ................................................................................................................................ 6 7. Nanophysics: Low-dimensional conductors ....................................................................................... 6 8. Polymer - Synthese.............................................................................................................................. 7 9. Scanning Probe Microscopy ............................................................................................................... 7 10. Mikroskopie ...................................................................................................................................... 8 11. Nanomaterialien und Elektronenspektroskopie ................................................................................ 8 12. Atomistische Simulationen ............................................................................................................... 9 13. Nanochemistry .................................................................................................................................. 9 15. Nanolab: Physik und Chemie am einzelnen Atom oder Molekül .................................................. 10 20. Quantum optics and ultracold atoms ............................................................................................... 11 21. Engineering artificial metalloenzymes ............................................................................................ 11 22. New NanoTools to Study Neurodegeneration ................................................................................ 12
24. Nanoreaktionskammern .................................................................................................................. 15
26. Photovoltaik .................................................................................................................................... 12
27. Ultracold Ions ................................................................................................................................. 13
28. Structure determination of protein complexes by cryo-transmission electron microscopy
and image processing...................................................................................................................... 13
32. Measurement Control and Acquisition ........................................................................................... 14
33. Altering protein and peptide properties by chemical modification ................................................ 15
35. Measurements of Protein Dynamics by NMR................................................................................ 14
36. Machine Learning and molecular materials design application in quantum
chemistry........................................................................................................................................ 16
37. Synthese molekularer Gerüsteinheiten. .......................................................................................... 16
38. Exploring protein-nanoparticle interactions in reconstituted artificial coronas.............................. 17
B. 1 Woche ganztägig, in der vorlesungsfreien Zeit, 3 KP pro Kurs ......................18
FHNW Muttenz.............................................................................................................18
18. Surface modification and nanosensors ............................................................................................ 18
19. Functional biocompatible materials for medical applications ......................................................... 19
31. Engineered functional nanoparticles. ..............................................................................................20
FHNW Windisch ........................................................................................................... 21
34. Nanoscale toughening of aerospace composite materials ............................................................... 21 Paul Scherrer Institut ................................................................................................... 22 16. Doppelblockkurs : Oberflächenphysik im NanojunctionLab am Paul Scherrer Institut .................. 22 17. X-ray microscopy at the PSI ............................................................................................................ 23 23. Micro- and nanofabrication of surface topographies ....................................................................... 24 Adolphe Merkle Institute ............................................................................................. 25 30. Mechanical testing of functional polymers ...................................................................................... 25 EMPA 25. Nanoelectronics: molecular junctions. ............................................................................................. 26 39. Focused Ion Beams: Imaging and structuring at the nanoscale................................................................26 40. Carbon based nanodevices.............................................................................................................................27
A. Zeitdauer 3 Wochen, nachmittags, 3 KP pro Kurs
1. Koordinationschemie 2. Struktur-Funktionsbeziehungen von Proteinen
O.Wenger T. Schirmer
Pro Kurs 1 Student 2 Studierende
Dieser Blockkurs baut auf dem Praktikum Der Botenstoff c-di-GMP reguliert vielfältige
Organische Chemie auf. In mehreren Etappen zelluläre Prozesse in Bakterien. Wir studieren auf der
wird ein organischer Ligand hergestellt, der an ein molekularen Ebene Proteine, die c-di-GMP reguliert
Metall koordinieren kann. Nebst der praktischen synthetisieren (diguanylate cyclases) und Proteine
Synthesearbeit sind die chromatographische (c-di-GMP Rezeptoren), die den Botenstoff spezifisch
Reinigung und die Analyse der hergestellten Liganden erkennen und daraufhin molekulare Programme
und Koordinationsverbindungen wichtige Aspekte anstossen können. Im Labor werden dazu sowohl die
dieses Blockkurses. Das metallhaltige Zielmolekül in vitro Funktion dieser Proteine gemessen, als auch
ist jeweils Teil eines aktuellen Forschungsvorhabens ihre Kristallstrukturen bestimmt.
der Arbeitsgruppe Wenger und gehört in der Regel zu Der Kurs bietet die Möglichkeit eines Einblicks
einem der folgenden Themengebiete: in 1) molekularbiologische Arbeitsweisen 2)
- Künstliche Photosynthese Proteinaufreinigung 3) biophysikalische Methoden
- Photochemie zur Quantifizierung von Ligandenbindung 4)
- Photolumineszenz enzymatische Assays
- Lichtinduzierter Elektronentransfer 5) Proteinkristallisation 6) Visualisierung der
Ausführlichere Informationen zu den einzelnen Proteinstrukturen am interaktiven Computer
Themengebieten sind auf der Homepage der
Arbeitsgruppe Wenger (http://www.chemie.unibas. Die Teilnehmer werden zusammen mit Mitgliedern
ch/~wenger/research.html) zu finden. der Arbeitsgruppe Schirmer auf aktuellen Projekten
arbeiten. Die Behandlung der aufgelisteten Punkte
im Rahmen des Praktikums hängt vom individuellen
Projekt ab.
3
500 nm
50 nm
3. Quantum Coherence Lab 3.2 Quantum transport experiments
D.Zumbühl Cryo-Lab Measurement Course (groups of min. 2,
max. 3 persons)
3.1 Semiconductor device fabrication Recommended prerequisite for this course: KoMa
GaAs Fabrication Course (groups of min. 2, max. 3 and Quantum Mechanics. Ideally, but not necessarily,
persons) the GaAs fabrication course is taken first, then
Semiconductors are of great importance for subsequently the cryo-lab measurement course.
applications and industry (transistors, integrated
circuits etc.) as well as for fundamental research Quantum transport is the study of quantum phenomena
and future emerging technologies (2D electron probed with electrical means, typically using
gases, quantum Hall effect, spin transistors, qubits, nanoscale devices at low, cryogenic temperatures.
quantum computers). The goal of this course is to Conductance quantization and the quantum Hall effect
provide insight into semiconductor device fabrication are some of the most striking and beautiful phenomena
and physics with a hands-on experience: you will discovered in quantum transport experiments.
fabricate a gated GaAs Hall bar sample – from the Further, spin qubits for quantum computation are
bare wafer to the completed sample – in our in-house currently being developed with quantum transport
clean room. This includes wet etching, resist spinning, techniques. In this course, you will study one of these
optical lithography, thin film deposition, GaAs ohmic phenomena (or a similar quantum effect) in our cryo
contacts, surface gating and wire bonding. These lab. With the guidance of a teaching assistant, you
methods are also used for sample fabrication in on- will cool down a device to milli-Kelvin temperatures
going research, and note that a gated Hall bar also can in a dilution refrigerator (evaporative cooling of a
function as a transistor. Finally, you will perform an superfluid 3He/4He mixture). You will use low-noise
electrical characterization of your sample in the cryo electrical techniques and superconducting magnets to
lab at room temperature and 4.2 K in liquid helium, investigate the quantum physics. We will provide the
studying the contacts and the 2D electron gas. samples for the experiments. (In the Semiconductor
Visit http://zumbuhllab.unibas.ch/pages/teaching.htm Nanofabrication course, you can learn most of the
for further information steps required to fabricate such devices). Visit http://
zumbuhllab.unibas.ch/pages/teaching.htm for further
information
4
4. Methods in Nanobiology 5. Self-assembling polymers
R.Lim G.Gunkel
6 Studierende Pro Kurs 4 Studierende
Nanobiology attempts to resolve biological function Amphiphile Blockcopolymere bilden in
from the “bottom-up”. Our research interests include Wasser selbstorganisierte Überstrukturen
nucleocytoplasmic transport control, its role in regulating mit charakteristischen Dimensionen im
cell and tissue mechanobiology, and how this phenomenon Nanometerbereich. Aufgrund ihrer charakteristischen
can be leveraged towards bio-inspired applications.
Überstrukturen finden sie Anwendung als neue
Very often, our questions motivate us to develop new
funktionale Materialien mit aussergewöhnlichen
methodologies, which we combine in a multidisciplinary
manner to be able to correlate different perspectives of a Eigenschaften, oder als Template zur kontrollierten
certain biological problem. In this Blockcourse, you will Herstellung organischer und anorganischer
not only gain first hand experience on the use of such Nanopartikel. Im Rahmen des Blockkurses sollen
cutting-edge instrumentation, but will more importantly solche Systeme kontrolliert hergestellt und mit
learn how to ask biological questions from a nanoscience verschiedenen Techniken charakterisiert werden.
perspective.
Ongoing projects include:
(i) studying the mechanobiology of cells and tissues using
indentation-based atomic force microscopy (see Figure)
and fluorescence microscopy
(ii) applying high-speed atomic force microscopy to
visualize native nuclear pore complexes at work
(iii) building artificial nanopores to study transport
processes at the single molecule level.
5
6. Nanolithographie 7. Nanophysics: Low-dimensional conductors
Ch. Schönenberger Ch. Schönenberger
Max. 3 Studierende Max. 3 Studierende
Integrierte Schaltkreise (sog. IC’s) werden mittels Ein klassischer Kupferdraht ist für die Elektronen,
Lithographieverfahren in Silizium gefertigt. die für den Ladungstransport sorgen, etwas
Strukturen (z.B. metallische Leiterbahnen, Dreidimensionales. Wenn der Draht kleiner
Transistoren) werden mit Abmessungen im und kleiner wird, findet ein Übergang in der
Submikrometerbereich gefertigt (Nanolithographie). Dimensionalität statt. Es gibt dann 2-dimensionale
In der Forschung versuchen wir, möglichst kleine und eindimensionale Drähte und im Prinzip sogar
Strukturen an der Grenze des Machbaren zu erzeugen null-dimensionale Systeme. In diesem Blockkurs
und deren Eigenschaften zu charakterisieren. Dieser legen wir den Schwerpunkt auf niedrig-dimensionale
Kurs soll einen Einblick in diese Strukturverfahren Materialien, die in neuartigen Wachstumsverfahren
vermitteln. gewonnen werden, wie z.B. Kohlenstoff-
Es wird versucht, Sie während den drei Wochen in ein Nanoröhrchen, halbleitende Nanodrähte oder
laufendes Projekt zu integrieren. Dabei werden Sie Graphene (eine Monoschicht von Graphite). Bei den
mit folgenden Verfahren (Apparaturen) in Berührung Kohlenstoff Nanoröhrchen haben die kleinsten einen
kommen: Belackung von Si-Substraten; Bestimmung Durchmesser von nur einem Nanometer und können
derSchichtdicke;optische-und/oderElektronenstrahl- dennoch in makroskopischer Länge gewachsen
Lithographie; Plasmaätzen (subtraktives Verfahren); werden. Diese Röhren weisen beeindruckende
Aufdampfen von Metallschichten und lift-off Prozess Eigenschaften auf: mechanisch sind sie vergleichbar
(additives Verfahren); Rasterelektronenmikroskopie. widerstandsfähig wie Diamant; elektrisch können
Voraussetzungen: Der vorgängige Besuch des sie den Strom leiten wie kein anderer Draht mit
Mikroskopiekurses ist wünschenswert. vergleichbaren Abmessungen.
Abhängig von den gerade bestehenden
Forschungsaktivitäten wird das Ziel des Kurses jedes
Jahr neu fixiert. Wir werden versuchen, eine aktuelle
Fragestellung zu bearbeiten.
Voraussetzung:
Kondensierte Materie / Mikroskopiekurs empfohlen /
Nanolithographie vorgängig wird empfohlen
6
8. Polymere-Synthese 9. Scanning Probe Microscopy
M. Nash E. Meyer/T.Glatzel
1 Studierende 4 Studierende
Biological drugs are among the fastest growing sectors of Es werden aktuelle Fragestellungen aus der
the pharma industry. These next generation drug Forschung mittels Rasterkraftmikroskopie (engl.
therapies include biological macromolecules such as Atomic Force Microscopy, AFM) diskutiert und
antibodies, enzymes, and oligonucleotides. They
experimentell behandelt. Der Schwerpunkt liegt
function in the body to alter gene expression patterns,
auf der Verwendung von den dynamischen Moden,
block receptor recognition, or catalyze reactions inside
or at the surfaces of target cells. Although the specificity welche es erlauben die Oberflächen minimal invasiv
of biological drugs is extremely high, there exists a abzubilden. Zusätzlich können Informationen
significant limitation in the form of a delivery barrier. über weitere Oberflächeneigenschaften, wie
Delivering biological drugs is much more difficult than lokale Elastizität, Reibungsverhalten, elektrische
small molecule therapeutics. Ladungen, magnetische Domänen und
To solve this problem, we are developing new types of Kontaktpotenzialdifferenzen, gewonnen werden.
drug carriers that are based on stimuli-responsive
polymers. Stimuli-responsive polymers are materials
that undergo controlled aggregation in response to
environmental changes, including pH, ionic strength,
and light. They can be used to cluster biological drugs
into soft nanoparticles, with improved circulation time
and stability. For this purpose, repetitive protein-based
polymers called elastin-like polypeptides are being
developed.
This block course will introduce the students to a range
of techniques used in biotechnology and biophysics for
the production and characterization of elastin-like
polypeptides for drug delivery. Students will clone genes
encoding repetitive artificial proteins in the lab, express
the proteins in bacterial host cells, and characterize the
proteins using biophysical techniques. Cloud point
aggregation assays, mechanical/biophysical testing, as
well as mass spectrometry will be used to understand
sequence-function relationships for these artificial
proteins.
7
10. Mikroskopie mit Schwerpunkt Raster- 11. Nanomaterialien und Elektronenspektroskopie
Elektronenmikroskopie E.Meyer/ Laurent Marot
M. Dürrenberger Max. 2 Studierende
9 Studierende
Im Rahmen dieses Blockkurses werden
In diesem Kurs möchten wir Ihnen die Techniken der plasmagestützte Techniken angewendet, um
Abbildung in der Mikro- und Nanowelt vermitteln. nanostrukturierte Materialien herzustellen. Die
Sie erhalten eine Grundausbildung in abgeschiedenen Materialien werden in-situ bezüglich
Rasterelektronenmikroskopie (REM). Der ihrer Zusammensetzung und ihres chemischen
Schwerpunkt dieses Kurses liegt in der selbständigen Aufbaus mit Photoelektronenspektroskopie (PES)
Bedienung unserer Geräte. Sie werden in kleinen
charakterisiert.
Gruppen ein Rasterelektronenmikroskop selbständig
Kursthemen:
betreiben, mehrere Basis-Präparationsarten erlernen
Schichtabscheidung:
und Energiedispersive Röntgenmikroanalysen (EDX)
Methoden der vakuumgestützten Schichtabscheidung,
an Präparaten durchführen. Ihre erworbenen
Fähigkeiten werden sie in einer abschliessenden plasmagestützte CVD (‹chemical vapor
praktischen Prüfung und einem schriftlichen Bericht deposition›) Abscheidung, Magnetronsputtering,
beweisen, welcher benotet wird. kombinierte Methoden zur Herstellung
Ausserdem erhalten Sie Einblicke in die nanostrukturierter Materialien, Ausblick auf andere
Transmissionselektronenmikroskopie, Konfokale Schichtabscheidungsmethoden.
Laserscanningmikroskopie und die Fokussierte Prozessüberwachung:
Ionenstrahltechnologie (FIB) anhand von in-situ, ‹real-time› Überwachung der
halbtägigen Demos. Schichtabscheidung mit Reflektometrie.
Zur Beachtung: Dieser Kurs wird als Photoelektronenspektroskopie:
Vorbildung zum Kurs Nr.6 allgemeine Grundlagen der PES (Mechanismus,
„ Nanollithographie“, Nr. 7 „Nanophysics“ und einfache Modelle, Anwendung der PES), Bestimmung
Kurs Nr.8 „Nanoelectronics“ empfohlen. der chemischen Zusammensetzung von Schichten mit
in-situ Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS)
und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie
(UPS), Identifizierung von chemischen Bindungen,
Methoden zur Bestimmung der Nanostruktur von
Nanokompositmaterialien.
Allgemeine Schichtcharakterisierung:
Schichtdickenmessung durch Profilometrie und
Vergleich mit optischen Methoden, Untersuchung der
Schichttopographie mit Rasterelektronenmikroskopie
und Rastersensormethoden.
8
12. Atomistische Simulationen 13. Nanochemistry
M. Meuwly Marcel Mayor
6 Studierende Pro Kurs 1 Studierende/r
Dieser Blockkurs gibt Einblick in die Durchführung In diesem Blockkurs werden die Kenntnisse des
und Analyse von Molekular-Dynamik Simulationen Praktikums Organische Chemie vertieft. Wir
mit spezifischen Anwendungen auf Fragestellungen geben einen Einblick in die praktische Arbeit des
der kondensierten Materie. Mögliche Themen Synthese-Chemikers. In mehreren Schritten wird
beinhalten die Untersuchung von Proton-Transfer ein Zielmolekül synthetisiert. Neben der Synthese
Reaktionen, das dynamische Verhalten von steht auch die Reinigung, Analyse und vorherige
Wassermolekülen in räumlich einschränkenden Planung der Arbeit im Fokus. Das Zielmolekül ist
Umgebungen (Proteine, Buckyballs, Nanotubes), jeweils Teil eines aktuellen Forschungsprojektes der
oder die Bestimmung des Infrarot Spektrums von Arbeitsgruppe Mayor und kann einem der folgenden
kleinen Liganden in Myoglobin. Für die meisten Forschungsbereiche zugeordnet werden:
Simulationen verwenden wir eine QM/MM (quantum/ - Molekulare Elektronik
classical force field) Methode zur Beschreibung - Neuartige Hybrid Objekte: Ligand stabilisierte
der elektronischen Struktur. Im Vordergrund der Gold Nanopartikel
Rechnungen steht dabei, experimentell zugängliche - Gezielte Funktionalisierung von Oberflächen (siehe
Groessen mittels MD Simulationen zu bestimmen. Das Bild)
Thema des Blockkurses wird mit den Teilnehmenden - Quanten-Eigenschaften von organischen Molekülen
in einer kurzen Besprechung einige Tage vor Beginn
des Kurses festgelegt. Weitere Themen (z. B. mehr Genauere Information zu den einzelnen Bereichen,
biologisch orientiert) koennen auf Wunsch hin können auf der Homepage nachgelesen werden:
gefunden werden. Programmierkenntnisse sind nicht http://www.chemie.unibas.ch/~mayor/research.html
noetig. Es lassen sich jedoch auch Themen finden,
welche explizit die Programmierung in C++, Fortran,
perl oder python erfordern. Weitere Informationen
und Beispiele aus frueheren Blockkursen finden Sie
unter www.chemie.unibas.ch/~meuwly/mdnano.block.html
9
15. Nanolab: Physik und Chemie am einzelnen
Atom oder Molekül
T. Nijs, A. Ahsan, A. Shchyrba, S. Nowakowska, T.
A. Jung
Max.6 Studierende
Anhand eines aktuellen Forschungsprojektes wird
selbständig mit Oberflächenphysikalischen und
Oberflächenchemischen Präparationstechniken,
Instrumenten und Charakterisierungstechniken
gearbeitet. Die Blockkursteilnehmer werden ins die
Forschungsarbeit des Teams integriert. Mehrheitlich
haben Projekte Bezug zur Grundlagenforschung, aber
auch anwendungsnahe Projekte in Zusammenarbeit
mit Firmen (Roche, Glas Trösch, Ferrovac und ABB)
stehen für Interessierte zur Verfügung.
Zwei Fragestellungen stehen im Vordergrund:
1.) Die Erzeugung von Polymerarchitekturen durch
eine Kombination von Supramolekularer Chemie,
Koordinationschemie und Kovalenter Chemie an
Oberflächen.
2.) Das Studium der Eigenschaften von Elektronen,
Spin und einzelnen Atomen oder Molekülen
innerhalb dieser molekularen Architekturen und der
Architekturen als ganzem.
1-3 Studierende pro Block, am besten 2. Zeitfenster
nach Absprache, auch während den Semesterferien
möglich.
http://nanolab.unibas.ch/
E-Mail: thomas.jung@psi.ch
10
20. Quantum optics and ultracold atoms 21. Engineering artificial metalloenzymes
Philipp Treutlein Thomas R. Ward
1 course with 3 students 3 Studierende
Atoms are quantum systems par excellence, and Die Derivatisierung von Übergangsmetallkomplexen
the laser manipulation of the quantum state of mit Gruppen, die mit hoher Affinität an Gastproteine
atoms has led to many scientific and technological binden, ermöglicht die spezifische Lokalisierung
breakthroughs. This includes the observation of katalytischer Komplexe in Proteingerüsten. Durch
Bose-Einstein condensation, the development of Mutation der Proteinhüllen kann die Funktionalität
atomic clocks and atomic precision sensors, and der Metallkomplexe massgeblich beeinflusst werden.
experiments on quantum information processing.
In this course, you will learn some basic experimental Der Kurs bietet die Möglichkeit eines Einblicks in
techniques that are used in many modern atomic 1) molekularbiologische Arbeitsweisen
physics and quantum optics laboratories. For 2) die Synthese von Übergangsmetallkomplexen und
example, you will operate a grating-stabilized relevanten Substraten
diode laser, learn how to frequency-lock such a 3) die Durchführung von Katalyseexperimenten mit
laser to an atomic resonance, and perform some Protein-basierten Hybridkatalysatoren
basic experiments with it. 4) analytische Techniken für die Reaktionskontrolle
In the second part of the course, you will have a und die Bestimmung von Affinitäten,
chance to get some hands-on experience on one of Umsätzen, Enantiomerenüberschüssen und
our ongoing research projects, closely guided by one Reaktionsgeschwindigkeiten (HPLC, UPLC-MS,
of the researchers in the group. The specific topic GC, UV-Absorption, Fluoreszenzintensität)
will be individually defined every year according to 5) die Visualisierung der Konstrukte basierend auf
the current status of the experiments. Possible topics Röntgenstrukturen mit z.B. pymol®
include laser cooling with a magneto-optical trap,
measurements of the Bose-Einstein condensation Die Teilnehmer werden zusammen mit Mitgliedern
phase transition, optomechanics experiments with der Arbeitsgruppe Ward auf aktuellen Projekten
a micromechanical membrane, and studies of Rabi arbeiten.
oscillations and Ramsey interferometry with a Die Behandlung der aufgelisteten Punkte im Rahmen
microfabricated atomic vapor cell. des Praktikums hängt vom individuellen Projekt ab.
Prerequisites for the course: good knowledge
of atomic physics and quantum theory, as well
as basic knowledge of statistical mechanics (for
experiments
on Bose-Einstein condensation)
11
22. New NanoTools to Study Neurodegeneration 26. Photovoltaik
Team T.Braun (C-CINA) Thilo Glatzel
2-4 Studierende 2 courses,with 2 students each
Despite the diverse phenotypes of neurodegeneration, Development of dye sensitized-solar cells (DSCs)
many forms seem to be causatively linked to the is an interdisciplinary and real-world topic based
aggregation of specific proteins within certain neurons on elementary principles of nano-chemistry, nano-
in the central nervous system (CNS). Prominent physics, photochemical technology and environmental
example is the α-synuclein, which is associated with science. The group in the Chemistry Department
synucleinopathies, such as the Parkinson’s disease develops innovative dyes with the goal of increasing
(PD). For a long time, the protein aggregation was the efficiency of the cells in order to bring the cost
believed to be an autonomous process occurring in in line with fossil fuels. The current focus is on the
individual cells. However, recent research strongly development of Earth abundant metal complexes via
indicates a prion-like spreading mechanism of protein sequential assembly of the molecules on the TiO2
misfolding. The aggregation process would thereby surface. The group in the Physics Department focuses
spread from a diseased cells harboring misfolded on optimisation of the solar cell parameters: TiO2
protein to neighboring brain regions by a stereotypic layer characteristics, transmission and resistance of
pathway. the TCO-glass and development of the electrolytes.
This block course in the Center for Cellular Imaging This block course offers the possibility to learn
and NanoAnalytics (C-CINA) in the Mattenstrasse 26 about the preparation of high quality DSC devices
will focus on on the development of novel methods with a significant theoretical background. The light
and tools to study the prion-like spreading of α- to power conversion efficiency of the cells will be
synuclein in minimalistic tissue models. To this end, measured on an optimised solar simulator system.
we combine neuronal cell cultures with microfluidic Previously prepared dyes will be investigated with a
technologies to mimic the precise arrangement of number of different co-absorbers or electrolytes. The
cells relative to each other. Subsequently, the protein cell characteristics will be analysed with quantum
misfolding is studied on single cell level, e. g., by efficiency (QE), impedance spectroscopy (EIS) and
“visual proteomics” and reverse phase protein arrays. charge extraction techniques.
This course is highly interdisciplinary: You will be
involved in software and hardware development, cell
biology, micro-fabrication as well as novel electron
microscopy methods.
12
27. Ultracold Ions 28. Structure determination of protein complexes
Stefan Willitsch by cryo-transmission electron microscopy and
1 course with 2 students image processing
Group Henning Stahlberg (C-Cina): Nicholas
Atomic and molecular ions stored in electrodynamic Taylor, Philippe Ringler, RicardoAdaixo, Mohamed
traps at temperatures close to the absolute zero point Chami, Kenny Goldie, Robb McLeod
exhibit unusual properties. At these low tempera- 3 Studierende
tures, the ions localize in space so that they can be
individually observed, addressed and manipulated. This block course will introduce you the methods
These intriguing features pave the way for a range of structure determination by cryo-transmission
of diverse and exciting applications such as the stu- electron microscopy and image processing.
dy of chemical reactions with single molecules, the Biological protein samples will be quick-frozen
development of quantum computers and the extre- in thin ice layers, and imaged in a high-resolution
mely precise measurement of molecular properties. cryo-transmission electron microscope. Recorded
data are analyzed with image processing software,
In this course you will learn to use methods such as with the goal to reconstruct the high-resolution 3D
laser cooling to cool ions down to temperatures of a structure of proteins.
few millikelvin and to store them in ultrahigh vacuum
using ion traps. You will study the properties of the
ultracold ions and explore some of their applications.
The specific topics of the course will be closely alig-
ned with the ongoing research in the group and will
be individually defined every year according to the
current research projects.
13
32. Measurement Control and Acquisition 35. Membrane Protein Interaction and Dynamics
Martino.Poggio by Solution NMR Spectroscopy
max. 6 students Raphael Böhm / Sebastian Hiller
2-3 students
The purpose of this course is to teach students the The functionality of most proteins requires specific
practical aspects of measurement, control and data movements of individual structural segments as well
acquisition. These are critical components of any as entire domains. These protein dynamics can occur
modern experiment, especially in experimental on different time scales from ms down to ps. Using
physics laboratories. The technological development solution NMR spectroscopy, we quantify these
in the recent years made equipment such as movements at atomic resolution even for large
microcontrollers, computers and sensors available proteins. The dynamics correlate to the protein
for the mass market, that are designed for do-it- function and provide insight in the functional
yourself experiments that can be taken out at home. mechanism.
This allows to do typical lab tasks with equipment,
that is accessible to everybody, which is why the In this blockcourse, the students learn key aspects of
single-board computer Raspberry Pi and Arduino modern high-resolution NMR spectroscopy with
microcontroller boards are used in this course. proteins in solution. We will quantify molecular
Subjects such as analog-to-digital conversion, sensor interactions and dynamics of a protein under
read-out, robotics and aspects of control theory in physiological conditions and correlate these
form of a PID loop will be addressed. measurements with the protein function. We will
A major part of the course is to get basic knowledge produce the protein in suitable isotope-labelled form,
in the programming language Python, which will be measure nuclear spin relaxation parameters and
used to perform the tasks and experiments in the quantify the underlying molecular motions. An
course. Python is a high-level programming atomic resolution description of the protein
language, comparably easy to learn and widely used interactions and dynamics will emerge.
in the scientific community, and hence its mastery is
a very useful skill for anyone interested in working
in an experimental physics laboratory.
14
d) die erhaltenen Konstrukte mit verschiedenen
Methoden (z.B. präparative HPLC) gereinigt und mit
verschiedenen analytischen Methoden charakterisiert
UPLC-MS).
Welche Teilaspekte im Rahmen des Kurses behandelt
werden hängt von den aktuellen Fragestellungen im
Forschungsprojekt ab.
33. Altering protein and peptide properties by
chemical modification
Valentin Köhler/ Marcel Mayor
1 Student
Proteinen können ganz allgemein durch ihre
chemische Modifikation zusätzliche Eigenschaften
verliehen werden, während gleichzeitig ihre
natürlichen Eigenschaften verändert werden. Obwohl 24. Nanoreaktionskammern
die Wahl der einführbaren Funktionen in erster Linie Konrad Tiefenbacher
nur durch die Fantasie des Forschenden beschränkt Pro Kurs max. 2 Studierende
ist, sind Proteinmodifikationen trotz etablierter Für diesen Blockkurs ist ein hohes Interesse an
Methoden nicht trivial. Gründe hierfür liegen in synthetischer organischer Chemie (Praktikum
dem hohen natürlichen Funktionalisierungsgrad der Organische Chemie) notwendig. In diesem Kurs wird
Oberfläche von Proteinen, der unterschiedlichen ein aktuelles Thema im Bereich von organischen
Umgebung identischer funktioneller Gruppen, sowie Nanoreaktionskammern bearbeitet.
in der Schwierigkeit Reaktionsbedingungen zu Nanoreaktionskammern sind molekulare Strukturen
finden unter denen beide Reaktionspartner sowohl im Nanometerbereich, die einen Hohlraum besitzen
und Substrate in dieser Kavität einschließen können.
ausreichend stabil als auch reaktiv sind.
Durch nicht-kovalente Wechselwirkungen des
Der Kurs ist in ein laufendes Forschungsprojekt
Substrates mit der Nanoreaktionskammer können
eingebunden in dem wir versuchen zum einen die Reaktionen beschleunigt werden bzw. Selektivitäten
thermische Verdampfbarkeit von Peptiden und moduliert werden. Dadurch kann es gelingen die
Proteinen zu erhöhen und zum anderen sowohl Funktionsweise von natürlichen Enzymen mittels
ionisierbare als auch fluoreszierende Gruppen für deutlich einfacher Strukturen nachzuahmen. Im
deren Detektion in der Gasphase einzuführen. Die Rahmen des Blockkurses gewinnt man Einblick in
physikalischen Untersuchungen, deren Ziel Quanten- die Synthese von Nanoreaktionskammern und
Interferenzexperimente an Biomakromolekülen sind, geeigneter Substrate. Neben der Synthese spielt auch
werden von einer befreundeten Forschungsgruppe in die chromatographische Aufreinigung und die
Wien durchgeführt. Analyse der Verbindungen eine wichtige Rolle.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden In dem Kurs wird eines der folgenden Themen
a) Proteine (rekombinant) und Peptide (synthetisch) bearbeitet:
hergestellt und charakterisiert - Selbstassemblierte Nanoreaktionskammern
b) funktionalisierte Moleküle für die Derivatisierung - Kovalente Nanoreaktionskammern
- Untersuchung von Reaktionen mit kationischen
der Proteine und Peptide synthetisiert und
Übergangszuständen
charakterisiert (NMR, MS, etc.) - Untersuchung von Reaktionen mit anionischen
c) Proteine und Peptide mit den dargestellten Übergangszuständen
funktionalisierten Molekülen derivatisiert
Zusätzliche Informationen zu dem Thema sind auf
der Homepage der Arbeitsgruppe Tiefenbacher zu
finden: https://nanocat.chemie.unibas.ch/en/
15
36. Machine Learning and molecular 37. Synthese molekularer Gerüsteinheiten
materials design application in quantum
chemistry
A. Lilienfeld Ch. Sparr
2 Studierende 1 Student
Wir führen quantenchemische Simulationen von Wohldefinierte molekulare Gerüsteinheiten sind
Material und Molekuelkandidaten fuer die nicht nur in der lebenden Natur Voraussetzung
verschiedensten Eigenschaftsoptimierungen durch. für Gestalt und Funktionalität, sondern bieten
Typische Beispiele schliessen Bildungs- auch eine Grundlage für neuartige nanoskalige
und Stabilisierungsenergien, photo-elektronische Architekturen. Dabei spielen stereogene
Anregungen, elektronische Struktur, und inter- und Strukturelemente eine besonders wichtige Rolle.
intra-molekulare Wechselwirkungen mit ein. Um Zugang zu verschiedener molekularer
Da diese Rechnungen sehr zeitaufwendig sind Topologien zu erhalten, entwickelt unserer
(üblicherweise CPU-Wochen oder Jahre), entwickeln Gruppe selektive Synthesemethoden um diese
wir auch machine learning basierte Strukturelemente mittels moderner Katalyse
statistische Modelle, auch künstliche Intelligenz herzustellen.
genannt. Diese Modelle zeichnen sich dadurch aus,
dass sie in Realzeit Vorhersagen treffen, die, nachdem Der Kurs bietet Einblick in folgende Themen:
sie mit einem genügend grossen Trainingsatz trainiert
wurden, quantenmechanische Genauigkeit erreichen. 1) Substrat- und Bausteinsynthese
2) Enantioselektive Synthese axial-chiraler
Verbindungen
Für die aufwendigeren Berechnungen der 3) Charakterisierung der Produkte durch NMR,
quantenmechanischen Eigenschaften nutzen wir IR, MS und HPLC
SCICORE (das Rechenzentrum der Universität), 4) Diastereoselektive Herstellung von
CSCS (das Schweizer Hochleistungsrechenzentrum Oligomeren (Bild)
in Lugano), sowohl als auch die lokal vorhandenen 5) Charakterisierung durch
Hochleistungsrechenknoten der Forschungsgruppe. Röntgenstrukturanalyse
Das starke Bemühen um das Aneignen 6) Anwendungen in der Nanochemie
fundamentaler Computerkenntnisse während des
Blockkurses, wie das Arbeiten in einer Die Teilnehmer werden diese Themen anhand
Linuxumgebung, das Erstellen von Latex- eines aktuellen Forschungsprojekts bearbeiten.
Dokumenten, sowie als auch Programmiersprache
(vorzugsweise Python, C++, oder Fortran).
ist noetig. Schon vorhandene Kenntnisse sind
wünschenswert.
Mehr Informationen zu unseren aktuellen
Forschungsthemen finden Sie auf
www.chemie.unibas.ch/~anatole38. Exploring protein-nanoparticle
interactions in reconstituted artificial
coronas
Marc Creus
Pro Kurs 2 Studierende
When nanoparticles enter a living organism
(best example: the human body), they often
interact with proteins to form a "corona",
which may change the properties and
function of the nanoparticle; it is also
hypothesized that formation of the corona is
related to toxic effects of the materials.
However, exactly which proteins bind to
nanoparticles and how this protein-inorganic
interaction occurs remain largely unknown.
Here we aim to define the interactions at the
interface of a subset of proteins with model
standard nanoparticles of defined size and
surface chemistry. Methods include
recombinant protein expression and
purification, colorimetry as well as a range
of biophysical techniques at hand to explore
the stoichiometry, kinetics and
thermodynamics of corona formation.
Students will be hosted within the Schwede
Lab in the Biozentrum.
17B. 1 Woche ganztägig, in der vorlesungsfreien Zeit, 3 KP pro Kurs
Für die Kurse müssen Sie neben der einen Woche Kurs zusätzlich Zeit für die Vorbereitung und für den
Bericht einplanen.
silanization reactions, “self assembled monolayers
based on thiol chemistry, layer by layer coating and
plasma functionalisation. In particular the plasma
technology offers a broad variety of possibilities from
simple surface cleaning and activation, to depositing
complex, functional layers.
The generated layers or functional surfaces will be
characterized by various methods e.g. contact angle
measurement, determination of surface energy,
analysis of the chemical compositions with X-ray
spectroscopy or grazing angle infrared spectroscopy.
Furthermore microscopic methods like SEM, AFM,
Confocal microscopy and others will be used to
FHNW Muttenz measure the topography and surface roughness. In
the context of surface modifications the influence
18. Surface modification and nanosensors of surface chemistries, topography resp. material
U. Pieles FHNW (1 week intensive course) Maximal properties on the specificity and activity of
8 Studierende, Minimum 4 immobilized or interacting biomolecules will be
critically discussed. This is of particular importance
The one week practical training intensive course for biocompatible materials e.g. implants, artificial
focuses mainly on biosensing technologies. This bone etc., because of the acceptance by living tissue
includes preparation of the active sensors and study and the risk of inflammation.
of biomolecule interactions The course is composed In the area of biosensing surface effects can influence
of the following tasks which have to be addressed the specificity and functionality of the immobilized
during this one week practical training: biomolecules. This could lead to wrong or deviating
results depending on the sensing systems used. This
1) Surface Cleaning and Activation has to be considered comparing results from different
2) Chemical functionalisation of Surfaces sensing technologies.
3) Chemical structuring of surfaces utilizing micro
contact printing In addition to surface functionalisation, methods to
4) Immobilisation techniques to couple chemical structure a surface will be trained during
Biomolecules to functional surfaces the course in theory and practice. As example
5) Applications in Biosensing: DNA- Micro therefore micro contact printing experiments will
Arrays, Surface Plasmon Resonance, be performed. With the casted stamps patterns
Accoustic Wave sensing and Cantilever based of fluorescently labelled biomolecules will be
Sensor Systems transferred to an activated surface and the results will
be analysed by fluorescent scanning of the structured
The one week course will introduce the students to surfaces or fluorescence microscopy
most recent methods for surface functionalisation
of common sensing platform materials e.g. glass, The students will get a broad introduction into the
silicon, gold on glass, gold on polymers and theory and practical application of modern sensing
polymers itself. The students will learn about the technologies. In practical exercises they will make
very critical issue of surface cleaning and the use of the functionalized surfaces and apply them to
effect on surface functionalisation and they will perform experiments in the area of DNA/RNA micro
determine residual components on the surface using arrays, cantilever based sensing, SPR and acoustic
spectroscopic and microscopic technologies. For wave sensing
surface functionalisation the students will perform To couple biomolecules to the surfaces in a structured
manner, to measure the results of the biomolecule
18
interactions and to determine the data, most recent
equipment like SPR machines, cantilever sensors,
DNA Spotter, Hybstations etc, is available. The
students will perform their experiments on most
recent technology platforms used today in industry,
Goals of the Course:
- The students are familiar with the most common
methods to functionalize surfaces for biosensing
applications in theory and practice.
- The students are familiar with the most common
methods to characterize the functionalized surfaces
and are able to perform surface analysis in practice
with technologies e.g. AFM, SEM, Infrared imaging
spectroscopy.
19. Functional biocompatible materials for
- The students will have an overview of the most medical applications
common methods to chemically structure the U. Pieles, M.de Wild, R.Schumacher FHNW
surface. They will learn micro contact printing in (1 week intensive course)
practical exercises Maximal 8 Studierende, Minimum 4
- The students are familiar with the problem of The one week practical training intensive course
the influence of surface properties on the activity of focuses mainly on biocompatible materials used
biomolecules in medical applications. This includes preparation
and analyzing of the specimen and furthermore the
- The students will utilize practically the chemical and morphological modification of their
functionalized surfaces in various Biosensing surfaces. The following topics will be covered
systems. They will get insight in modern biosensing
technologies and their applications in the area - Morphological modification of material surfaces
of Diagnosis, Drug Discovery and fundamental (e.g. sandblasting, shot-peening, electropolishing,
research. etching)
- Preparation techniques: cutting, embedding,
grinding, polishing, and etching (e.g.metals,
ceramics, polymers, porous materials, foams)
- Methods for the characterization of biocompatible
materials (e.g. morphological, chemical and
mechanical)
- chemical functionalization of materials e.g. Al, Si,
Ti, Au, Glass, Polymers etc. by various methods.
It is of outermost importance and prerequisite to
know the bulk microstructure, the microstructural
constituents, the static and dynamic mechanical
properties and the surface morphology and chemical
composition of biocompatible materials when using
it in a medical device or other medical applications.
This knowledge is requested by the authorities to
guarantee the materials quality and avoidance of
unwanted side effects when the materials come into
contact with human tissue or body fluids.
19
During the one week practical training course the
students will be introduced to most recent methods
for biomaterial modification and characterization.
The students will learn how to prepare the
different materials e.g. titanium or ceramics for
the morphological, mechanical and chemical
composition analysis. The students will be trained
to embed, cut and polish the specimens in order to
investigate e.g. texture, grain size, layer thickness
and roughness. To investigate topographical
features the students will be introduced to advanced
microscopic technologies like SEM, confocal
microscopy, polarising microscopy and others.
The chemical composition will be determined by
spectroscopic methods e.g. ToF-SIMS, EDX, IR or
Raman Imaging. Furthermore static and dynamic
mechanical properties will be determined by tensile
measurements as well as fatigue testing on a e.g.
servo-hydraulic system.Critical issues like surface
31. Engineered functional nanoparticles
energies measured by tensiometry and contact angle
will be addressed and their importance discussed in Patrick Shahgaldian FHNW
the view of the medical application of the material Max 4 students
e.g. wetting of titanium with body fluids.
In addition to the sample preparation and material Engineered functional nanoparticles find applications
characterisation, the students will learn in various in an exponentially increasing number of
practical exercises how to chemically activate, industrial sectors. As the surface physico-chemical
coat, functionalize, passivate or mechanically/ characteristics of nanoparticles mostly dictate their
chemically structure the materials surfaces and general behavior and performance, the development
study the impact on the materials characteristics of methods to chemical or physically modify the
and their behaviour in biological environments surface of nanoparticles is a foremost research focus
in nanotechnology.
(Body fluids e.g. blood or cell cultures).
In this Blockcourse, you will have a first hands-on
In the frame of the course the students will
experience on how to handle and chemically modify
follow the entire industrial development chain
the surface of inorganic oxide nanoparticles for two
of biocompatible materials used in medical
applications. distinct applications:
1) Chemical nanostructuration of the surface
Goals of the course: of silica nanoparticles, to yield nanomaterials with
protein recognition properties
-The students are familiar with the most common
2) Functionalization of silica nanoparticles to
methods to prepare specimen e.g. implants for
materials investigations. produce efficient enzyme-based nanobiocatalysts
This blockurse, along with theoretical highlights, will
-The students are familiar with modern methods for
materials characterisation with respect to both, the involve a body of synthetic and analytical work. The
produced nanoparticles will be analyzed using state-of-
chemical composition and mechanical properties of
the bulk material and the surface, the-art electron microscopy methods, scanning probe
-The students will have an overview of the most microscopy and photon correlation spectroscopy. The
state of the art methods to chemically and physically functional properties of the produced nanosystems
modify surfaces of biocopatible materials. will also be assessed using spectrophotometric and/or
immunological methods.
-The students will gain insight in the analytical
methods allowing the biocompatibility assessment
of biomaterials.
-The students are aware about the importance
of the interface of materials and the biological
environment for their proper function in the medical
20
FHNW Windisch
34. Nanoscale toughening of aerospace composite
materials
Sonja Neuhaus, Erich Kramer, Wojeciech Szmyt,
Fabian Schadt, FHNW
Min.4, Max. 8 Students
Novel aerospace composite materials are composed
of carbon fibres embedded in a polymer matrix and
show superior strength and stiffness at low weight
compared to known construction materials such as
aluminium and titanium. However, the polymer
matrix - usually a thermosetting epoxy system - is
rather brittle and limits the fracture toughness of
such materials in the perpendicular direction to the
fibre. Therefore, considerable effort is made to
increase the fracture toughness of the polymer matrix
with various concepts at the micro- and nanometer
scale, such as the addition of core-shell particles or
nanosilica or high performance thermoplastics or
amphiphilic block copolymers. The aim of this
course is to develop a basic understanding of
thermosetting epoxy systems and to acquire the
experimental techniques of fracture toughness
characterisation of such materials.
In this block course you will be introduced to the
basic chemistry of the crosslinking reaction of
epoxies and amine hardeners and the resulting
properties. You will learn the fundamentals of
fracture in a brittle polymer, based on linear elastic
fracture mechanics (LEMF) and understand specific
21
applications
Paul Scherrer Institut
16. Doppelblockkurs : Oberflächenphysik im und Molekülen an Oberflächen erarbeitet werden. Für
NanojunctionLab am Paul Scherrer Institut den Bericht soll unter Anleitung und selbständig die
J. Nowakowski, M. Baljozovic, D. Chylarecka, T.A. aktuelle wissenschaftliche Literatur gesucht werden,
Jung und ein fokussierter Aspekt anhand der verfügbaren
Max. 6 Studierende pro Semester Daten interpretiert und diskutiert werden.
Eventuell besteht die Möglichkeit der Teilnahme an
Am PSI sind Doppelblockkurse unter Experimenten im Rahmen einer Strahlzeit an der
Einbezug des Synchrotrons möglich. (UV “Swiss Light Source”. Dies kann auf Wunsch bilateral
und Röntgen Photoelektronenspektroskopie, vereinbart werden.
Röntgenabsorptionsspektroskopie (engl. UPS, XPS,
XAS) an der “Swiss Light Source” zusammen mit Kursbeschreibung:
Rastertunnelmikroskopie (STM) im Labor. Doppelblockkurs, 2 Wochen Vollzeit, Unterkunft im
PSI Gästehaus.
Diese Projekte müssen individuell abgesprochen 2-3 Studierende pro Block, maximal 2 Blöcke pro
werden. Semester.
Zeitfenster nach Absprache, auch während den
Voraussetzungen: Interesse für Oberflächenphysik Semesterferien möglich.
und für disziplinenübergreifende Forschung (Physik,
Chemie, numerische Simulationen) Weitere Informationen / Stellenausschreibungen:
Veranstaltungsort: Paul Scherrer Institut, Villigen http://www.psi.ch/lmn/molecular-nanoscience
PSI, http://www.psi.ch/lmn/molecular-nanoscience Mail: thomas.jung@psi.ch
Projektbeschreibung: Einführende Literatur:
Anhand eines konkreten Projektes mit Surface Science, Autor : K. Oura et al. Verlag:
Bezug zu aktuellen Forschungsthemen wird Springer 2003,
selbständig mit oberflächenphysikalischen und Oberflächenphysik des Festkörpers Autor: Henzler
oberflächenchemischen Präparationstechniken, Martin/ Göpel Wolfgang
Instrumenten und Charakterisierungstechniken Verlag: TEUBNER VERLAG ISBN: 3519130475
gearbeitet.
Einkristalloberflächen werden atomar sauber
präpariert, mit Elektronendiffraktion (engl. LEED),
und Oberflächenspektroskopie (engl. XPS, UPS)
charakterisiert und mit ultradünnen Materialschichten
(Molekulare Materialien / Isolatoren ) bedeckt.
Mit dem Rastertunnelmikroskop werden die so
erzeugten Oberflächen abgebildet und die Daten
analysiert und interpretiert. In Kombination dieser
Methoden kann die atomare wie auch die elektronische
‚Struktur’ und chemische Koordination von Atomen
22
17. X-ray microscopy at the PSI
Armin Kleibert, Joerg Raabe, and Frithjof Nolting
6 Studierende
Prerequisite: Interest in solid state physics
Location: Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut,
Villigen PSI, www.psi.ch\sls
Minimum: 2 Maximum: 6 (students will work in
groups of maximal 3 students)
Learning the basics of X-ray absorption spectroscopy
and microscopy and apply them to the study of
magnetism at the nanoscale.
Exploring the world of reduced dimensions in solid
state physics is a challenging and rewarding research
area. When the dimensions reach the nanometer scale,
quantum mechanical and thermodynamic properties
that are insignificant on macroscopic scales dominate
more and more, resulting in new and interesting
properties. In order to understand the behavior
of magnetic systems in reduced dimensions the
knowledge about the details of the magnetic domain
structures is important. A powerful tool for this is
imaging with X-rays since this combines absorption
spectroscopy with high spatial resolution.
Course outline:
- Basic tutorials about X-ray absorption, X-ray
magnetic dichroism and X-ray imaging
- Carry out microscopy experiments at the PolLUX
beamline (https://www.psi.ch/sls/pollux/pollux) using
a scanning transmission X-ray micrscope (STXM)
- Carry out microscopy experiments at the Surfaces/
Interfaces: Microscopy beamline (http://www.psi.ch/
sls/sim/sim) where you will operate a state-of-the-art
photoemission electron microscope (PEEM)
- Study the magnetic domain structures of systems in
reduced dimensions
Literature:J. Stöhr, H.C. Siegmann, Magnetism,
(Springer, Berlin, 2006)
23
23. Micro- and nanofabrication of surface
topographies
Name Kursverantwortlicher: M. Bednarzik, topological and chemical structures:
H. Schift fabrication of stamps, polymer molding
Ort: Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI by nanoimprint lithography, residual layer
Dauer und Art des Kurses: 1 week intensive etching, pattern transfer, surface modification;
laboratory course · Quality control and characterization: optical
Maximale Teilnehmerzahl: max. 4 Studierende microscopy, interferometric film thickness
(mind. 3) determination, surface profiling, scanning
electron microscopy.
No matter, in which field of nanotechnology
(nanoelectronics, medical devices, sensors, In this course the students will get acquainted
scanning-probe instrumentation etc.) the students with with the most important processes in micro- and
will specialize later on, it is very likely that they nanofabrication, including new lithographic
will be confronted with problems of top-down techniques such as nanoimprint lithography. The
microfabrication since the nano-devices, -structures students will take home different topological and
or –components are very often embedded in a chemical structures for further characterisation.
microfabricated environment. This one week Goals of this course are:
intensive laboratory course therefore focusses on
top-down micro- and nanofabrication technologies · Get hands-on experience with the most
in a state-of-the-art clean room environment. The important microfabrication technologies
small group of students will be accompanied by an · Understand the basics and the mechanisms of
instructor (a process technician or an engineer). The microfabrication processes
following topics will be treated during the course:
· Introductory lecture on clean room design and · Learn how to properly work in a professional
operation, laboratory safety and emergency clean room environment
instructions;
· Thin film technologies: metal evaporation Further information:
with e-gun evaporator, deposition of silicon- https://www.psi.ch/lmn/
nitride by plasma-enhanced chemical vapour Dr. H. Schift, Paul Scherrer Institut
deposition; Tel.: 056 310 28 39
· Pattern definition by photolithography, helmut.schift@psi.ch
electron beam lithography: resist spin-coat,
pre-bake, exposure, development, hardbake.
· Pattern transfer: wet etching, dry etching
processes, resist stripping, lift-off;
· Replication patterning techniques of
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