S’il était musicien, on pourrait dire de lui qu’il est polyinstrumentiste. Au fil de ses études, Pau Molet Bachs s’est frotté à la biologie, à la chimie, à la physique et a même goûté aux joies des mathématiques. Fort d’un Bachelor en nanosciences et nanotechnologies, d’un Master en photonique et, last but not least, d’un doctorat en science des matériaux, le chercheur catalan a décroché en août dernier un Swiss Postoctoral Fellowship du Fonds national suisse de la recherche d’un montant de plus de 275’000 francs. Ce subside destiné aux scientifiques lui permettra durant deux ans de poursuivre ses recherches sur les pinces optiques plasmoniques dans le cadre du projet PROTRAP du professeur Michael Mayer.

L’essentiel est invisible pour les yeux… et les microscopes
Comprendre les mécanismes à l’origine des maladies est essentiel si l’on souhaite développer des médicaments efficaces, mais encore faut-il être capable d’observer des phénomènes qui se produisent à l’échelle nanoscopiques, autrement dit aux alentours du milliardième de mètre. Les techniques optiques conventionnelles n’en étant pas capables, les scientifiques recourent à différentes approches qui non seulement cherchent à repousser ces limites, mais qui, hélas, en ont aussi. «Pour nous, il est crucial de pouvoir observer les protéines, explique Pau Mollet Bachs, la manière dont elles se déplacent, leur façon de changer de forme au cours de certaines activités enzymatiques. Malheureusement, comme notre ‹acuité visuelle› n’est pas suffisante, nous ne sommes jamais certain·e·s d’avoir correctement discerné les processus en cours. Mon but, en quelque sorte, est de corriger cette myopie.»

Une technique à affiner
Aujourd’hui, les scientifiques peuvent recourir à trois techniques, mais qui ont chacune leurs qualités et leurs défauts. La première, appelée cryomicroscopie électronique, consiste, comme son nom l’indique, à congeler très rapidement les échantillons, puis à les observer au microscope électronique. «On obtient ainsi la meilleure image possible des structures, mais il ne s’agit en somme que d’une photographie, un instantané, regrette le chercheur. Nous ne savons pas si la protéine est active, si elle était capable de se déplacer, car la congélation l’a tuée.» Cette technique, qui pour l’anecdote a valu le Prix Nobel de chimie à Jacques Dubochet, ne permet donc de recueillir aucune information temporelle.
Pour étudier ces dynamiques à l’œuvre, il existe une deuxième approche, plus récente, qui répond au doux nom de FRET, pour Förster Resonance Energy Transfer. «C’est une magnifique technique, s’enthousiasme Paul Molet Bachs, il existe des milliers d’articles écrits à son sujet. Elle permet d’observer comment des fluorophores, autrement dit des marqueurs lumineux, passent d’une molécule à une autre.» Contrairement à la cryomicroscopie électronique, le FRET permet d’appréhender les interactions moléculaires. Le hic, car il y en a toujours, un, c’est que cette technique requiert de modifier chimiquement les protéines et qu’elle n’est pas exempte de signaux parasites.

C’est là qu’intervient la troisième approche, celle à laquelle Pau Molet Bachs consacre ses jours et ses nuits : les pinces optiques plasmoniques. Comme souvent, certaines inventions apparaissent dans une discipline, ici en l’occurrence la physique, jusqu’à ce qu’un scientifique songe à des applications possibles dans un tout autre domaine. «Ces transferts se font souvent vers les domaines pharmaceutiques ou la médecine, là où les possibilités d’un retour sur investissement sont les plus grandes», souligne presque en aparté Pau Molet Bachs. Pour revenir à ces pinces d’un genre nouveau, leur objectif est de comprendre comment les protéines se déplacent et se transforment sans avoir à les modifier chimiquement au préalable. «De manière très simplifiée, nous utilisons un faisceau laser de façon très concentrée de sorte à maintenir en place une protéine, comme si elle était prise dans des pinces, ce qui nous permet ainsi de l’observer en temps réel de manière détaillée.»

Pau Molet Bachs entre en jeu
Tout comme les deux précédentes techniques, les pinces optiques plasmoniques méritent encore d’être peaufinées. «Il nous est encore difficile de manipuler les protéines sans les endommager, concède le chercheur de l’AMI. En somme, nous manquons de délicatesse». Il convient donc d’optimiser le matériel de sorte à obtenir des résultats plus fiables. Pau Molet Bachs a bon espoir d’y parvenir, même si cette technique n’est pas appelée à supplanter les deux autres. «Certains se montrent très optimistes. Quant à moi, je ne pense pas que les pinces optiques plasmoniques vont les remplacer, mais bien plutôt les compléter.» On est pourtant loin de la recherche fondamentale, car le chercheur reste convaincu que d’ici quelques années déjà, les pinces optiques plasmoniques permettront de mieux comprendre comment les médicaments interagissent avec les protéines du corps, et donc de développer des médicaments plus efficaces.

• Pau Molet Bachs

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• de l’exposition
• du Pôle de recherche national (PRN) Matériaux Bio-Inspirés

Frau Fink, was ist Ihre Aufgabe an der Unifr?
Ich bin Professorin einer Forschergruppe am Adolphe Merkle Institut, das heisst, wir forschen im Bereich Nanotechnologie und meine Gruppe bildet dementsprechend viele Doktoranden aus. Zudem bin ich zu 40 Prozent als Professorin am Chemiedepartement der Universität Freiburg angestellt.

Mit welchen Fragen kann ich mich an Sie wenden, wenn ich eine Expertenmeinung benötige?
Ich kann Ihnen weiterhelfen, wenn Sie wissen wollen, wie Sie Nanopartikel messen oder detektieren können oder wenn Sie schauen wollen, ob es solche Partikeln in Produkten hat (Kosmetik, Lebensmittel, etc.)

Wann kamen Sie auf die Idee, dass Chemie, bzw. später Materialwissenschaften etwas für Sie sein könnten?
In der elften Klasse hatte ich eine superstrenge Chemielehrerin, welche die wenigsten Schüler mochten. Durch diese Strenge hat sie aber auch die Leute total herausgefordert. Die hat das dann irgendwie aus mir herausgekitzelt und ab da war klar, dass ich Chemie studieren möchte.

Gab es auch noch andere Mädchen, die diese Motivation entwickelten?
Kaum.

Worauf führen Sie das zurück?
Ich hab das Gefühl, dass Mädchen schon von ganz früh an denken, dass sie schwächer in Mathematik und Naturwissenschaften sind. Umgekehrt auch bei den Jungs, die eher von sich behaupten, sprachlich nicht so talentiert zu sein.

Wird einem das schon als Kind so eingetrichtert?
Das frage ich mich auch. Mir wurde z.B. nicht gesagt, ich sei schlechter in Mathe als in Sprachen. Aber meine Mutter z.B. war der Meinung, ich solle «etwas mit Latein und Sprachen» machen. Mein Vater fand Mathematik passender. Vielleicht können Mädchen wirklich besser lesen oder sie schreiben lieber – aber dass einem das eingetrichtert wird, kann ich nicht bestätigen. Da gibt es aber sicher verschiedene Studien darüber.

Zieht es mittlerweile mehr Frauen in die Naturwissenschaften?
Ich glaube schon. Wir haben z.B. bei uns in der Gruppe ca. 50 Prozent Frauen und 50 Prozent Männer. In Barbara Rothen-Rutishausers Bereich – der Biologie – hat es z.B. einen ziemlich hohen Frauenanteil. Durch unser flexibles Arbeitsmodell erhalten wir auch viele Bewerbungen von Wissenschaftlerinnen, die z.B. schon Mama sind und nach einer Teilzeitstelle suchen. Barbara und ich machen ziemlich viel Mentoring und das scheinen die Frauen positiv aufzunehmen.

Wie stellen Sie es bei Ihrer Tochter an, dass die sich für Naturwissenschaften interessiert?
Das ist nicht schwierig, wenn Mama und Papa in diesem Bereich arbeiten. Als Jugendliche versucht man zwar meist, in die Gegenrichtung zu steuern, aber sie war natürlich oft bei mir im Labor und diesen Themen deshalb schon seit klein eher «ausgesetzt». Sie ist jetzt 14 und hat noch keine komplizierte Physik oder Chemie in der Schule. Aber ich versuche sie zu motivieren, indem ich sie positiv unterstütze, wenn sie z.B. eine etwas anspruchsvollere Mathe-Aufgabe richtig gelöst hat. Uns ist es wichtig, dass sie versteht, was sie gerade tut und eine Aufgabe nicht einfach nur löst, damit sie gelöst ist.

Also kein Chemiebaukasten zu Weihnachten?
Um Gotteswillen, nein! Aber ich muss fairerweise schon gestehen: Sowohl mein Mann als auch ich hatten als Kinder bereits einen eigenen Chemiebaukasten. Viele meiner Chemiker-Kollegen übrigens auch.

Woher nehmen Sie die Zeit und Energie, der Familie, 30 Angestellten, eigener Forschung, Publikation und Institutsleitung gerecht zu werden?
Wenn man Teilzeit arbeitet, entwickelt man eine unglaubliche Effizienz. Da hat man seine fixen Punkte, die zu einem bestimmten Zeitpunkt erledigt sein müssen und zwischendurch auch viel Unvorhergesehenes. Prioritäten zu setzen ist wichtig, um in der Sache, an der man gerade dran ist, 100 Prozent geben zu können. Fairerweise muss ich aber auch sagen, dass mein Mann auch in einem reduzierten Pensum arbeitet. Wir haben uns privat alles sehr gleichmässig aufgeteilt. Und man muss sich abgrenzen können – das Gehirn braucht auch mal Pause, um wieder kreativ sein zu können.

Wie sehen diese Pausen bei Ihnen aus?
Ich koche sehr viel und gerne und wir rösten Kaffee zu Hause. Ein riesiges Hobby ist auch das Reisen – wir lieben es, jede freie Minute einen neuen Trip zu planen. Und um den Kopf zu leeren natürlich Sport!

Sie teilen sich die Professur und die Leitung der Gruppe Bio-Nanomaterialen mit Prof. Barbara Rothen-Rutishauser – wie kamen Sie auf die Idee einer Doppel-Professur?
Für uns beide war klar, dass wir das nur gemeinsam machen möchten. Die Gruppenleitung ist eine 150 Prozent-Stelle und wir hatten vor sechs Jahren, als das Thema aktuell war, beide noch kleinere Kinder. Wir hatten das Glück, dass es an der Universität Freiburg bereits andere Doppelprofessuren gab – also nutzten wir die Chance und bewarben uns gemeinsam. Dass wir unterschiedliche Expertise haben, half sicher auch.

Hat Ihr eigener Lebensentwurf Auswirkungen auf Ihre 30 Angestellten? Z.B. in Sachen Teilzeitarbeit?
Auf jeden Fall! Wir haben in der Gruppe zahlreiche Familienmodelle, von teilweise Home Office zu reduzierten Pensen usw. und unterstützen das mit Leib und Seele. Man hat auch ein anderes Verständnis, wenn mal jemand wegen eines Kindes ausfällt.

Solche Chefinnen wünscht sich doch jeder!
Ich denke, jeder, der selber solche Situationen erlebt hat, kann sich da reinfühlen. Es ist nicht immer einfach, einen Weg zu finden, der für sich, die Familie und den Job passt – und für andere ist es manchmal schwierig, Verständnis aufzubringen.

Welches sind momentan die wichtigsten Projekte, an denen Ihr Team arbeitet?
Wir sind eine sehr interdisziplinäre Gruppe. Chemiker, Physiker, Biologen – alles bunt gemischt. Dies führt zu einem ausgedehnten Forschungsgebiet. Wir arbeiten vor allem mit Nanopartikeln und forschen dort, wie Nanopartikel mit z.B. Zellen, wechselwirken. In den letzten Monaten hatten wir einige sehr grosse Projekte. Es ging darum, Methoden zu finden, diese Nanopartikel in Konsumentenprodukten wie z.B. Kosmetika oder Lebensmitteln zu detektieren. Wir befassen uns vor allem damit, wie man diese Nanopartikel erfassen und analysieren kann. Früher oder später wird dies für die Verbraucher auf den Verpackungen deklariert werden müssen. Diese Nanopartikel sind manchmal wie die Nadel im Heuhaufen – und genau damit beschäftigen wir uns.

Was wünschen Sie sich für die Zukunft des Lehrstuhls?
Ich würde mir wünschen, dass das Arbeiten auf universitärer Ebene noch familienfreundlicher wird. Meetings beispielsweise auf die Mittagspause legen und nicht abends auf 18 oder 19.30 Uhr. Klar ist das manchmal schwierig zu organisieren. Andererseits ist es oft auch schwierig, abends noch eine Kinderbetreuung aufzutreiben.

Und was wünschen Sie sich privat?
Abends nach Hause zu kommen und einfach Feierabend zu haben. Forschung ist eine Sache, die einen irgendwie immer verfolgt. Da kommen die Ideen auch, wenn man gerade nicht arbeitet. Wenn man seinen Job liebt, ist es manchmal schwierig, das Hirn auszuschalten. Andererseits ist es genau diese Leidenschaft, die eine enorme Energie und Motivation verleiht.

Was ist Nanotechnologie?
Ein Nanometer (10−9m) ist ein Längenmass; etwa fünfmal so gross wie ein Silizium-Atom. Heute misst man damit oft die Wellenlänge von Licht oder braucht es als Masseinheit in der Nanotechnologie. Eigenschaften von Materialien ändern sich, wenn sie als sehr kleine Strukturen vorliegen – diese Tatsache nutzt die Nanotechnologie. Das heisst, chemisch identische Materialien können neue Funktionen haben – beispielsweise als UV-Nanopartikel in Sonnencremes oder Kunststoffen, welche UV-Licht reflektieren und absorbieren und sie so effizienter gestalten. Nanostrukturierte Pigmente lassen Farben und Lacke brillanter erscheinen und Nanostrukturen erhöhen die Leistung von Solarzellen und Batterien. Eine wichtige Eigenschaft von Nanosystemen ist die sehr grosse Oberfläche im Vergleich zum Volumen, was zu einer stark erhöhten Reaktivität führt, mit Anwendungen zum Beispiel in der Katalyse.

Was ist eine Nanostruktur ?
Sie sind unter dem Lichtmikroskop kaum sichtbar, weil sie so klein sind, obwohl Nanostrukturen aus sehr vielen Atomen bestehen. Nanopartikel können unter anderem in der medizinischen Diagnostik oder Therapie eingesetzt werden. Zudem erlaubt die Verwendung von Nanostrukturen eine weitere Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie: Die modernsten Computerchips werden heute mit der sogenannten 14nm-Technologie hergestellt. Das heisst, die Leiterbahnen haben typische Abstände von nur noch 28 Nanometer. Auf einem Computerchip gleicher Grösse kann man so sehr viel mehr Information verarbeiten.

Was ändert die Nanotechnologie in unserem Leben?
Wir finden natürliche Nanomaterialien einerseits in Lebensmitteln wie der Milch, Trennmitteln, Kapseln für Vitamine, etc. Andererseits hilft uns die Nanotechnologie, bei Verpackungen bessere Barriereeigenschaften gegen Gase und Aromastoffe auf den Markt zu bringen. Wir profitieren also in den unterschiedlichsten Bereichen von den Erkenntnissen, die wir durch unsere Forschung erzielt haben.

Halten die Methoden, was sie versprechen?
Nanotechnologie gibt es in diversen Anwendungen schon länger als den Begriff selbst. Grundsätzlich umfasst sie viele unterschiedliche Teilbereiche der Forschung zwischen Chemie, Physik und Biologie. Aber nicht alles, was in der Öffentlichkeit diskutiert wird ist auch umsetzbar. Sogenannte Nanoroboter, welche durch die Blutbahn schwimmen und Bakterien und Viren jagen, wird es in absehbarer Zeit nicht geben.

Wieso kommen die Experten nach Freiburg?
Die Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, der Nationale Forschungsschwerpunkt Bioinspirierte Materialien und das Adolphe Merkle Institut forschen intensiv in verschiedenen Bereichen der Nanowissenschaften. Deshalb ist es uns gelungen, international führende Wissenschaftler aus den USA, Japan und Europa nach Freiburg zu holen, die die aktuellen Trends und Entdeckungen der Forschung diskutieren werden. Die diesjährige Ausgabe deckt ein sehr breites Themenspektrum zu Thema Energie, Bioinspirierten Materialien, Graphen, Nanopartikeln, Weiche Materie und einigem mehr ab.

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• Bild: Laserlicht, das Scheffold in seinem Labor verwendet. © NCCR