materialien und technologien

Laser und Glas: eine „Allianz“,
die die Entwicklung
von Quantencomputern
(und Mikrokanülen zur Augenbehandlung) ermöglicht

Im Gespräch mit Nicoletta Casanova, Gründerin des mittlerweile ehemaligen Start-ups Femtoprint und Vizepräsidentin des Tessiner Industrieverbands AITI (Associazione Industrie Ticinesi). Fortschrittliche Technologien, in Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne

von Agnese Codignola

Als Kind wurde sie von ihren Eltern „Terremoto“, auf Deutsch „Erdbeben“, genannt. Dieser liebevolle Spitzname erscheint heute passend, wenn man bedenkt, was die Tessinerin Nicoletta Casanova aus Sorengo erreicht hat und tagtäglich erreicht: Sie ist die Hauptgeschäftsführerin des einstigen Start-ups FEMTOprint, das mittlerweile als etabliertes internationales Unternehmen hochmoderne, immer ausgereiftere Technologie entwickelt. 

Schon allein, was die Wahl der Hochschule betrifft, entschied sich Casanova für eine für Mädchen eher untypische Fakultät: Bauingenieurwesen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (und in ihrer freien Zeit zwischen den Prüfungen widmete sie sich zahlreichen, ebenfalls ungewöhnlichen Sportarten wie dem Paragliding). Direkt nach ihrem Studium begann sie mit der Arbeit in dem von ihr gewählten Bereich, nämlich den Materialwissenschaften für den Bau von Brücken, Strassen und grossen Infrastrukturen, im Rahmen eines Projekts, das in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Lausanne (und dank der Unterstützung der heutigen Innosuisse, die sich damals CERS nannte) ins Leben gerufen wurde, und sich zu einem Start-up-Unternehmen entwickelte, dem SMARTEC SA, wie Casanova betont: «Damals waren wir Vorreiter einer Technologie, die heute weltweit eingesetzt wird: Die Rede ist von der Technologie der auf Glasfasern basierenden Überwachungssysteme für Strassen, Tunnel, Brücken usw., die es ermöglichen, die für den Zustand der Bauwerke relevanten Parameter in Echtzeit zu überwachen. Im Jahr 2006 wurde das Unternehmen Teil einer börsennotierten kanadischen Unternehmensgruppe, die 2012 schliesslich von einer US-amerikanischen Holdinggesellschaft übernommen wurde, welche sich jedoch der Bedeutung der Unternehmensgruppe bewusst war und folglich die Aktivitäten mit hoher Wertschöpfung im Tessin weiterführte».

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Wie Casanova erzählt, dachte sie damals, sie sei bereit für einen Urlaub von mindestens zwei Monaten. Daraus wurden allerdings nur ein paar wenige Urlaubstage, da „Erdbeben“ einer neuen Herausforderung nicht widerstehen konnte: der Lasertechnologie für die Mikrobearbeitung von Glas. Sie selbst erklärt es so: «Genau zu jenem Zeitpunkt erfuhr ich von dem Potenzial des Femtosekundenlasers im Bereich der Bearbeitung von 3D-Mikroinstrumenten aus Glas, das im Rahmen eines europäischen Projekts aufgezeigt worden war. Ich konnte einfach nicht widerstehen und stürzte mich in ein neues Abenteuer, d. h. in die Gründung des Start-up-Unternehmens FEMTOprint in Muzzano». 

Diese miniaturisierten Instrumente sind viel weiter verbreitet, als man erwarten würde und weisen, wie Casanova selbst erklärt, wirklich einzigartige chemisch-physikalische Eigenschaften auf. Die für deren Herstellung verwendete Technologie basiert auf den sogenannten Femtosekundenlasern (daher der Name des Unternehmens), die Strahlen mit geringer Leistung, aber sehr hoher Frequenz aussenden. Auf diese Weise ermöglichen sie es, das Ausgangsmaterial bzw. Glas als ganzen Block von innen zu bearbeiten und somit ohne die Herstellung einzelner Elemente auszukommen, die später zusammengefügt werden müssen, was immer mit Schwierigkeiten verbunden ist. Bei dieser Bearbeitungsmethode verändert der Laser den Glasblock also direkt im Inneren, um ihn in das gewünschte Element zu verwandeln. In einem weiteren Schritt wird das Ganze in eine chemische Lösung getaucht, in der sich die Form des Objekts vom ursprünglichen Block ablöst. Der Einsatz dieser Lasertechnologie ermöglicht es, viele verschiedene Aspekte und Funktionen umzusetzen, wie die Ingenieurin erklärt: «Von Komponenten für die Uhrenindustrie bis hin zu implantierbaren medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern (Glas ist vollständig biokompatibel), von Linsen für hochmoderne Endoskope über mikrofluidische Geräte für das Organwachstum oder die Diagnostik (man denke beispielsweise an die Analysen, die mithilfe sogenannter Lab-on-a-Chip-Systeme bzw. Platten gewonnen werden, die auf kleinstem Raum ausgehend von einem einzigen Blutstropfen Dutzende von Untersuchungen ermöglichen) bis hin zu Quantencomputern, für deren Herstellung Glas im Vergleich zu anderen untersuchten Werkstoffen spezielle Vorteile bietet, wie z. B. die Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern». 

Das Unternehmen, das heute etwa vierzig Mitarbeitende beschäftigt, setzt ausserdem auf ein Thema, das in den letzten Jahren immer mehr in den Mittelpunkt gerückt ist: die ökologische Nachhaltigkeit, und zwar nicht nur als Werbeslogan oder als reines Greenwashing. Casanova erläutert: «Der Rohstoff (kurz gesagt Sand) ist auf dem gesamten Planeten reichlich vorhanden (und ein Teil unserer Forschungsarbeit betrifft speziell die unterschiedlichen Arten von Silicaten sowie ihre Einsatzmöglichkeiten), Glas ist unendlich oft recycelbar, und der Laser arbeitet mit einem geringen Energieverbrauch, zudem bei kleinen und sehr kleinen Produkten. Was den Energieverbrauch und die Umweltauswirkungen der Produktion und der Produkte anbelangt, fällt die endgültige Bilanz sehr positiv aus. Ausserdem arbeitet das Unternehmen ständig an der Optimierung dieser Aspekte».

Darüber hinaus ist die Tätigkeit von FEMTOprint auch eng mit der Arbeit der Forschungszentren verknüpft, mit denen das Unternehmen kontinuierlich zusammenarbeitet – und zwar nicht nur, um die Ideen der Forschenden zu überprüfen und Prototypen herzustellen, sondern auch, um fortlaufend neue Produkte und Forschungsrichtungen vorzuschlagen. Dieser ständige Austausch zwischen der Welt der Forschung und jener der Unternehmen ist, wie Casanova mehrmals betont, im Tessin besonders wirksam und fruchtbar, was dem rechtlichen Rahmen, der Innosuisse und dem gesamten Ökosystem, das diesen Austausch erst möglich macht, zu verdanken ist. 

Eine der Initiativen, die FEMTOprint in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und unter anderem dank der Unterstützung der Innosuisse ins Leben gerufen hat, ist zum Beispiel das Projekt SPOT, dessen Ziel es ist, mikroskopisch kleine Glaskanülen zu entwickeln, die einem wichtigen Bedürfnis der Augenchirurgie entsprechen: die Behandlung retinaler Venenverschlüsse, die zu einem schweren Sehverlust führen können und weltweit etwa 16 Millionen Patientinnen und Patienten betreffen. Diese Glaskanüle ermöglicht es, Medikamente in die winzigen Venen der Netzhaut zu injizieren, um den Venenverschluss mit einer Präzision und Stabilität zu behandeln, die mit herkömmlichen Instrumenten nicht erzielt werden können.

Ein weiteres, besonders fortschrittliches Projekt namens NEUROCHIP, das in Zusammenarbeit mit dem Natural and Medical Sciences Institute in Reutlingen (Deutschland) durchgeführt wird, zielt darauf ab, die Untersuchung der neuronalen Aktivität in menschlichen 3D-Gehirn-Organoiden zu ermöglichen (Organoide sind aus menschlichen Zellen gewonnene Organfragmente, die mithilfe spezieller Techniken im Labor gezüchtet werden und eine dreidimensionale Struktur annehmen, die der des ursprünglichen Organs ähnelt). Dieses Projekt wird dazu beitragen, die Erforschung und Entwicklung von Medikamenten für eine Vielzahl von neurologischen Erkrankungen zu fördern.

Nun zurück zu den Quantencomputern. Das Institut für Quantenelektronik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) arbeitet zusammen mit FEMTOprint an der Entwicklung von ion traps (Ionenfallen). Diese komplexen, miniaturisierten Geräte sind in der Lage, Teilchen in bestimmten Quantenzuständen zu isolieren und einzufangen, wodurch die physikalische Grundlage für die Realisierung von Quantenbits (QuBits) geschaffen wird. QuBits wiederum sind die grundlegende Recheneinheit, auf der die sogenannten Quantencomputer basieren, bei denen es sich um die neue Generation von Geräten handelt, die die Welt mit einer für herkömmliche Computer unerreichbaren Rechenleistung revolutionieren werden.

Durch die Zusammenarbeit und den Austausch mit zahlreichen Schweizer und Tessiner Unternehmen ist Casanova zu einer zentralen Figur in der gesamten Branche geworden: Sie ist heute Vizepräsidentin des Tessiner Industrieverbands AITI (Associazione Industrie Ticinesi) und Leiterin des Projekts AITI up!, dessen Ziel es ist, Start-ups und Jungunternehmerinnen und -unternehmer zu unterstützen. «Als ich jung war – so Casanova abschliessend – dachte ich, es sei das Beste, in Zürich zu bleiben oder woanders hinzuziehen. Als ich dann eher zufällig ins Tessin zurückkehrte, wurde mir bewusst, wie falsch ich lag. Der Kanton hat mir so viel gegeben. Kreative und mutige junge Menschen zu unterstützen, die in die Welt des Unternehmertums und der Innovation einsteigen, ist für mich eine Möglichkeit, einen kleinen Teil dessen zurückzugeben, was mir gegeben wurde, und bestmöglich zum Wachstum und zur Entwicklung dieser Region beizutragen, die es mir ausserdem ermöglicht, den Sport auszuüben, der an die Stelle des Paraglidings getreten ist: das Segelfliegen».