Konsortium

Peter Banzer ist Experimentalphysiker und Leiter der Gruppe "Optik von Nano- und Quantenmaterialien" an der Universität Graz. Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe erforscht er die Interaktionen strukturierten Lichts mit strukturierter Materie auf nanoskopischen Längenskalen. Maßgeschneiderte Lichtfelder stellen einen äußerst faszinierenden Forschungsbereich dar und ebenen den Weg zur Untersuchung neuartiger grundlegender Effekte und Phänomene sowie der Entwicklung vielseitiger Anwendungen im Bereich der Nanometrologie, des Sensing, der Bildgebung bzw. Nanoskopie und darüber hinaus. In diesem Zusammenhang spielen das Design wie auch die optischen Eigenschaften von Nano- und Quantenmaterialien eine wichtige Rolle, die auch zur Entwicklung neuartiger Materialplattformen beitragen.

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Ausgewählte Methode:

- Erzeugung und Kontrolle komplexer, strukturierter Lichtfelder auf
   makroskopischen und nanoskopischen Längenskalen

- Speziell angefertigte, experimentelle Aufbauten zur Untersuchung
   strukturierter Licht-Materie-Wechselwirkung einzelner
   Nanostrukturen       

       -- Impulsraum-Polarimetrie
       -- Spektroskopie mit strukturierten Lichtfeldern
       -- Maßgeschneiderte, nanoskopische Lichtquellen
       -- Optisches Fangen und Manipulation mit Licht

- Analytische und numerische Codes zur theoretischen Beschreibung
   von Licht-Materie-Interaktion

- Maßgeschneiderte Raman-Spektroskopie

- Photoakustische und Laser-Ultraschall-basierte Methoden

Ausgewählte Gerätschaften:

- Laser-Raster-Mikroskope

- Nanoraster Mikroskope

- Superkontinuum-Lichtquellen mit steuerbaren Spektralfiltern

- Strahlformer (Phase, Polarisation)

- Etc.

Thomas Weiss ist ein theoretischer Physiker an der Universität Graz und leitet dort die Gruppe Theoretische Nanophysik. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der theoretischen Nanooptik und umfasst Themen wie resonant verstärkte Licht-Materie-Wechselwirkung in chiralen und achiralen offenen Systemen, dielektrische und plasmonische Metaoberflächen, optische Fasern und Wellenleiter. Mögliche Anwendungsfelder sind fortschrittliche Sensoren, integrierte photonische Schaltkreise und Enabling Technologies für Quantenbauteile.

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- Resonanzzustände und Resonanzzustandsentwicklung

- Eigene und kommerzielle Verfahren zur Lösung der
   Maxwell-Gleichungen

- Nichtlineare Pulspropagation in optischen Fasern und
   Wellenleitern

- Chiralität und Nichtreziprozität in der Nanophotonik

Katalin Barta W. ist Professorin für Organische Chemie und Nachwachsende Rohstoffe am Institut für Chemie, Fachgebiet für Organische und Biomolekulare Chemie, und leitet die Abteilung Nachhaltige Katalyse. Die Forschung in der Barta-Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung nachhaltiger katalytischer Methoden für die Aufwertung nachwachsender Rohstoffe und daraus gewonnener Plattformchemikalien. Die Forschung ist vollkommen den Prinzipien der grünen Chemie verpflichtet. Die Methoden konzentrieren sich insbesondere auf Depolymerisierungs- und Funktionalisierungsansätze und den Aufbau nachhaltiger Bioraffineriesysteme mit dem Ziel, Verbindungen zur Kreislaufwirtschaft herzustellen. Zu den Katalysedisziplinen gehören die homogene und heterogene Katalyse sowie die Nanopartikelkatalyse mit aktuellem Interesse an der Einzelatomkatalyse. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung robuster katalytischer Systeme, die mit der inhärenten Komplexität erneuerbarer Ausgangsstoffe vereinbar sind. Folglich werden Nanopartikel-Katalysatoren durch verschiedene Methoden erzeugt, einschließlich klassischer Ansätze der heterogenen Katalyse sowie der Verwendung alternativer Reaktionsmedien wie ionische Flüssigkeiten und tief eutektische Lösungsmittel als Stabilisierungsmittel für katalytisch aktive Nanopartikelsysteme.

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- Agilent HEADSPACE GC-FID System

- Shimadzu Nexera HPLC-GPC/RI-UV/Vis

- Agilent HPLC-ESI-TOF-MS

- AGILENT GC/MS

- AGILENT FID

- V-730 Spectrophotometer JASCO

- AGILENT Cary 630 FTIR

- NETZSCH STA449F5 TG/DSC

- Paar reactors (100-1000 mL)

A. Daniel Boese ist theoretischer Chemiker am Institut für Chemie an der Karl-Franzens Universität Graz. In seiner Arbeitsgruppe stehen die Entwicklung von Elektronenstrukturmethoden, deren Beurteilung und Anwendung im Vordergrund. Entwickelt werden unter anderem Dichtefunktionale und moderne Einbettungstechniken, bei denen mehrere unterschiedliche Methoden kombiniert werden. Sowohl Nanotechnologie als auch die supramolekulare Chemie basieren auf einem guten Verständnis und präziser Beschreibung von intermolekularen Wechselwirkungen, auf die die Arbeitsgruppe im Besonderen spezialisiert ist. Die Bereiche der Anwendungen sind äußerst vielfältig und erstrecken sich beispielsweise von den Wechselwirkungen zwischen Molekülen in biologischen Systemen bis hin zu Grenzflächen wie der Anordnungen von Molekülen auf Oberflächen und in molekularen Kristallen im Festkörper. 

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- Theoretical Chemistry Computer Cluster 
   (approx. 600 CPUs)

- Programs to calculate Gas Phase Molecules 
   (TURBOMOLE, MOLPRO, Gaussian, Cadpac, Orca, DFTB+)

- Programs for Embedding Calculations 
   (QMPot, ChemShell)

- Programs to calculate Periodic Boundary Conditions 
   (VASP, DFTB+)

David Clases ist Leiter des NanoMicroLabs und beschäftigt sich mit der Analytik und dem Einsatz nano- und mikroskalierter Materialien. Der Fokus seiner Gruppe liegt dabei auf der Element Massenspektrometrie und entsprechenden Einzelpartikelanalysen und bildgebenden Verfahren. Mit diesen ist es möglich sowohl Modelle im Hinblick auf die Anzahl, Größe, Masse und den elementaren Aufbau von diskreten Partikeln zu erstellen, als auch Mikro- und Nanostrukturen in komplexen Systemen zu lokalisieren und quantitativ zu beschreiben. Derzeitig kommen die entwickelten Verfahren sowohl zum Aufspüren von wenig bekannten Partikeln in der Umwelt als auch zur Charakterisierung von integrierten Strukturen in biologischen Geweben zum Einsatz.

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• Induktiv gekoppeltes Plasma – Massenspektrometrie (ICP-MS)
  • ICP-MS, ICP-MS/MS, ICP-ToF-MS
• Einzelpartikelanalytik
  • Einzelpartikelanalytik mittels SP ICP-MS
  • Non-target Screenings von unbekannten Nano-/Mikropartikeln
  • Beschreibung von Partikelkonzentrationen, -größen und -aufbau
  • Analyse von fast allen Elementen des Periodensystems in einzelnen Partikeln
  • Analyse von schwer zugänglichen Elementen inkl. Kohlenstoff, Fluor, Schwefel, Phosphor
  • Einsatz statistischer Modelle zur Partikelklassifizierung
• Kopplungstechniken
  • Element Imaging mittels LA-ICP-MS
    • Auflösung (5 µm) und Quantifizierung von Elementverteilungen
  • AF4-ICP-MS
    • Größen-basierte Trennung von Partikeln mit elementselektiver Detektion
  • LC-ICP-MS für die Speziationsanalytik
• Immuno-Massenspektrometrie
  • Einsatz von Metall-markierten Antikörpern
  • Imaging von Proteinverteilungen
  • Einsatz funktionalisierter Nanostrukturen
• Ultraspurenanalytik
  • Elementspurenanalytik mit Nachweisgrenzen im pg/g (ppt) Bereich

Leonhard Grill ist Experimentalphysiker und leitet die Arbeitsgruppe "Single-Molecule Chemistry" (Details auf nano-lab.uni-graz.at) im Bereich Physikalische Chemie der Universität Graz. Sein wissenschaftliches Interesse liegt auf der Untersuchung und gezielten Manipulation von Einzelmolekülen auf Oberflächen mit Rastersondenmikroskopie (STM und AFM) um grundsätzliches Verständnis physikalischer und chemischer Prozesse zu gewinnen. Dabei werden inbesonders Moleküle mit spezifischer mechanischer, chemischer, elektronischer, elektrischer oder optischer Funktion verwendet, um zum Beispiel molekulare Bewegung, chemische Reaktionen oder molekulare Schalter zu untersuchen oder molekulare Netzwerke und Drähte gezielt herzustellen.

- Ultrahigh vacuum and low temperature experiments

- Scanning probe microscopy (STM and AFM)

- Single-molecule manipulation

- Photoelectron spectroscopy

- Low energy electron diffraction

Andreas Hohenau ist Experimentalphysiker und ist im Forschungsfeld Plasmonen-Nanooptik und Oberflächenverstärkte Ramen Streuung tätig. Seine Arbeit konzentriert sich auf die Erforschung der stark verstärken Wechselwirkung von Licht mit Molekülen und kolloidalen Quantenpunkten in der Nähe plasmonischer Nanostrukturen. Neben dem fundamentalen wissenschaftlichen Interesse, sind die Forschungsergebnisse auch für die Entwicklung von z.B: optischen (Bio-) Sensoren mit verbesserter Empfindlichkeit von Bedeutung.

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- nanofabrication

- (near field) optical microscopy

- (single molecule) optical spectroscopy

- time correlated single photon counting

- ultrafast photoemission

Ulrich Hohenester ist ein Theoretischer Physiker am Institut für Physik der Karl-Franzens-Universität Graz.  Sein Forschungsschwerpunkt ist die theoretische Beschreibung und Simulation von Licht und Licht-Materie-Wechselwirkung im Nanobereich, insbesondere im Bereich der Plasmonik.  Er arbeitet eng mit experimentellen Gruppen zusammen, beispielsweise mit der Nanooptik-Gruppe von Joachim Krenn, und ist Co-Autor der Toolbox MNPBEM zur Simulation plasmonischer Nanoteilchen, die weltweit von vielen Forschngsgruppen benutzt wird.

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Sandro Keller ist experimenteller Biophysiker und Leiter des Bereichs Biophysik am Institut für Molekulare Biowissenschaften (IMB) der Universität Graz. Seine Arbeitsgruppe erforscht die Dynamik und die Interaktionen von Membranproteinen, die Schlüsselrollen im zellulären Informationsaustausch und Stofftransport einnehmen und attraktive Angriffspunkte für Wirkstoffe sind. Um Membranproteine im Detail untersuchen zu können, entwickelt und verwendet die Arbeitsgruppe neue nanotechnologische Verfahren und zahlreiche biophysikalische Ansätze und Methoden. Dabei kommen insbesondere sogenannte native Nanodiscs zum Einsatz, mit deren Hilfe Membranproteine unter gut definierten, aber dennoch der natürlichen Umgebung ähnlichen Bedingungen — nämlich in einer nanoskopischen Lipiddoppelschicht — erforscht werden können.

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Ausgewählte Methoden:

   - Design und Funktionalisierung neuer Verbindungen mithilfe
      organisch-synthetischer Chemie, um Nanodiscs mit verbesserten
      Eigenschaften herzustellen

   - Entwicklung und Anwendung biophysikalischer Methoden, um
      die Eigenschaften von Proteinen und Lipiden in Nanodiscs
      zu untersuchen

   - Einsatz von Nanodiscs zur Beantwortung biomolekularer
      Fragen, wie zum Beispiel für die Erforschung von
      Protein-Interaktionsnetzwerken und von Angriffspunkten
      für die Wirkstoffforschung

Ausgewählte Gerätschaften:

   - Fluoreszenzspektroskopie: stationär und zeitaufgelöst, auf
      Ensemble- und Einzelmolekülebene

   - Zirkulardichroismusspektroskopie (CD)

   - Infrarotspektroskopie (IR)

   - Kalorimetrie: isotherme Titrationskalorimetrie (ITC) und
      Differenzialrasterkalorimetrie (DSC)

   - Chromatographie: präparativ und analytisch, für Proteine,
      Polymere und kleine Moleküle (SEC, GPC, IMAC etc.)

   - Lichtstreuung: statische Lichtstreuung (SLS) und dynamische
      Lichtstreuung (DLS)

   - mikrofluidische Diffusionsgrößenbestimmung (MDS)

   - hypothesenbasierte Modellierung biomolekularer Interaktionen

Georg Koller ist Experimentalphysiker am Institut für Physik, Arbeitsgruppe Oberflächen- und Grenzflächenphysik, der Karl-Franzens Universität Graz. Sein wissenschaftlicher Schwerpunkt liegt dabei am Wachstum und der Charakterisierung organischer Nanostrukturen auf metallischen und oxidischen Oberflächen und deren Grenzflächen von molekularen sub-Monolagen bis zu anwendungsrelevanten Schichtdicken. Der experimentelle Zugang basiert auf Ultrahochvakuum Präparationsmethoden und der Charakterisierung mittels elektronspektroskopischen und bildgebenden Methoden, mit einem speziellen Fokus auf Experimenten an Synchrotronstrahlungs-quellen. Potentielle Anwendungen der untersuchten konjugierten organischen Materialien reichen von organische Photovoltaik bis hin zu katalytischen Systemen.

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- Ultrahigh vacuum techniques

- Physical vapour deposition of ultrathin metal oxide
   and organic films

- Heteroepitaxy of inorganic/organic and organic/organic systems

- Photoelectron spectroscopies with a focus on angle-resolved
  UV spectroscopy (ARUPS) and photoemission orbital
  tomography (POT)

- Inverse photoelectron spectroscopy

- Experiments with synchrotron radiation
   (X-ray absorption spectroscopy, ARUPS)

Stefan Kowarik leitet die Arbeitsgruppe „Advanced X-ray scattering“ im Bereich Physikalische Chemie der Universität Graz. Mit Hilfe von oberflächensensitiver Röntgenstreuung (XRD, GIXRD, XRR, GISAXS) werden Vorgänge wie Nukleation oder Kristallwachstum auf atomarer Skala zeitaufgelöst und in situ untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf Licht-Materie Wechselwirkung, z.B. bei der Untersuchung von photoschaltbaren Molekülen oder der optischen Steuerung von Kristallwachstum und Polymorphismus.

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- X-ray reflectivity

- Grazing incidence X-ray diffraction

- Synchrotron grazing incidence X-ray scattering

- In situ UHV measurements -150 – 450 °C, during material
  evaporation or laser illumnination

- In situ measurements of the solid-liquid interface

Joachim Krenn leitet die experimentelle Arbeitsgruppe Nanooptik an der Karl-Franzens Universität Graz. Im Zentrum seiner Forschung stehen die elementaren Prozesse der Wechselwirkung von Licht mit Materie, insbesondere die optischen Eigenschaften plasmonischer Nanostrukturen. Die experimentellen Methoden umfassen Nanolithographie, optische Nahfeldmikroskopie und –spektroskopie, sowie in mehreren Forschungskooperationen Elektronenspektroskopie und ultraschnelle Photoemission.

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- nanofabrication

- (near field) optical microscopy

- (single molecule) optical spectroscopy

- time correlated single photon counting

- ultrafast photoemission

Georg Pabst ist ein experimenteller Biophysiker am Institut für Molekulare Biowissenschaften der Karl-Franzens-Universität Graz. Seine wissenschaftlichen Arbeiten setzten sich mit biologischen Membranen als Interaktionsort von Lipiden, Proteinen und membranaktiven Wirkstoffen im Sinne von komplexen nanostrukturierten multifunktionalen Schnittstellen für diverse (patho)physiologische Prozesse auseinander. Ziel ist ein tiefgründiges Verständnis der Physik dieser Systeme anhand von vereinfachten funktionellen Modellen, um die Entwicklung von membranaktiven Wirkstoffen (Medikamenten) voranzutreiben. Zum Einsatz kommen hierbei eine Reihe biophysikalischer Methoden, insbesondere aber elastische Streumethoden wie Röntgen- und Neutronenkleinwinkelstreuung.

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- Small-Angle X-ray and Neutron Scattering (SAXS/SANS)

- Differential Calorimetry (DSC)

- Dilatometry

- Dynamic Light Scattering (DLS)

- Data Modelling

Peter Puschnig ist theoretischer Physiker am Institut für Physik an der Karl-Franzens Universität Graz. Seine Arbeitsgruppe beschäftigt sich vorwiegend mit der Berechnung von strukturellen und electronischen Eigenschaften von Materialien basierend auf ab-initio Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Dabei werden kristalline Festkörper, etwa metallische Legierungen oder Molekülkristalle, ebenso untersucht wie Grenzflächen zwischen organischen Molekülen und inorganischen Oberflächen und Nanostrukturen wie Nanoröhren oder Nanobänder. Von besonderem Interesse für das Konsortium von NanoGraz von sind seine Simulationen von typischen Methoden der Oberflächenphysik, wie Rastersondenmikroskopie oder winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie, die eine enge Verknüpfung zu den experimentellen Untersuchungen herstellen.

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- Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie
   (e.g. VASP-code)

- Quasiteilchenbandstruktur aus Vielteilchenstörungstheorie
   (GW-Näherung)

- Exzitonische Effekte in optischen Spektren
   (Bethe-Salpeter Gleichung)

- Zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie zur Beschreibung von
   Photoemissionsprozessen

- Eigene Entwicklungen für Photoemissions-Tomography

Eva Roblegg ist pharmazeutische Technologin am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften, Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie. Der Schwerpunkt ihrer Arbeit liegt in der Erforschung oraler Barrieren und biologischer Prozesse, um grundlegendes Verständnis der Interaktionen mit Nanosystemen zu gewinnen. Diese Erkenntnisse werden genutzt, um therapeutische Mikro- und Nanovehikel zu entwickeln, die Arzneistoffkandidaten zielgerichtet und sicher an den Wirkort bringen. Dabei fokusiert die Arbeitsgruppe auf orale Erkrankungen, wie zum Beispiel orale Mukositis.
Forschungsschwerpunkte: orale biologische Barrieresysteme (Mund, Darm), Nanopartikel-Interaktionen, Drug Delivery Vehikel, neue Herstellungstechnologien (Nano-Printing, Nano-Extrusion) 

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- Ex-vivo models to study penetration/permeation of nanoparticles

- In-vitro models to study nanoparticle interactions with
   biological barriers (cytotoxicity, cellular uptake mechanisms)

- Development and characterization of nano carriers for drug delivery
  (polymeric and lipid systems, nanocrystals)

Martin Sterrer ist Leiter der Arbeitsgruppe Oberflächenphysik am Institut für Physik der Universität Graz. Zu seinen Forschungsfeldern zählen die Modellkatalyse an Oxid-geträgerten Metall-Nanopartikeln, die Untersuchung von Prozessen an fest-flüssig-Grenzflächen, sowie Adsorptionsstudien an Metall- und Oxid-Oberflächen, wobei Methoden wie Raster-Tunnel-Mikroskopie, Photoemissions-Spektroskopie und Schwingungsspektroskopie zum Einsatz kommen. 

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-  Präparation von Modellkatalystoren und anorganisch-organische    Hybridsystemen

-  Ultrahoch-Vakuum -Technik

-  Raster-Sonden-Mikroskopie/Spektroskopie

-  Photoemissions-Spektroskopie (XPS, ARUPS) und -Tomographie

-  Schwingungs-Spektroskopie (IRRAS)

-  Thermische Desorptions-Spektroskopie (TDS)

-  Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED)

-  Elektrochemische Methoden (Zyklische Voltammetrie)

Svetlozar Surnev ist ein experimenteller Physiker auf dem Gebiet der Oberflächenphysik. Seine Forschung konzentriert sich auf die Charakterisierung von oxidischen Nanostrukturen auf Metalloberflächen. Er ist Autor von mehr als 100 Publikationen und hat mehr als 10 eingeladene Vorträge auf internationalen Konferenzen gehalten. Er nahm an zwei NFNs teil und hat derzeit ein eigenständiges Projekt. Er hat in den letzten 5 Jahren 4 Doktoranden betreut.

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- Ultrahigh vacuum techniques

- Physical vapour deposition of ultrathin oxide films

- Electron spectroscopy (XPS, UPS, AES, HREELS) and diffraction
   (LEED) techniques

- Scanning probe microscopy with atomic resolution (STM, AFM)

Andreas Zimmer ist Leiter des Bereiches Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Karl-Franzens-Universität. Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich seine Arbeitsgruppe mit der Untersuchung von Arzneimittel Applikationssystemen (Drug Delivery) zum gezielten Transport von Arzneistoffen zum Wirkort (Drug Targeting). Hierzu werden potentielle Arzneistoffe in Form von Nanopartikeln mittels Selbstassemblierung hergestellt oder bereits vorgefertigte Nanopartikel aus verschiedenen Biomolekülen (z.B.: Peptide, Proteine, Lipide) mit Arzneistoffen beladen. Die Arbeitsgruppe von Zimmer fokussiert dabei auf die Erforschung neuartiger Applikationswege für Oligonucleotide, siRNA oder microRNA für verschiedene therapeutische Ziele. Aktuell werden dabei microRNA Systeme zur Beeinflussung des Fettstoffwechsels untersucht. Frühere Untersuchungen umfaßten auch Krebs und virale Infektionen.

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