Physiker entwickeln hochpräzisen Nanosensor
Diamantengitter wirkt als Schutzhülle - Einsatz in Biologie und Medizin
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Fedor Jelezko: Ist Experte für kleinste Teilchen in Festkörpern (Foto: Uni Ulm) |
Ulm/Stuttgart (pte026/20.12.2011/16:25) Fedor Jelezko von der Universität Ulm http://uni-ulm.de und sein Kollege Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart http://uni-stuttgart.de haben einen Sensor für den Nanobereich entwickelt. Damit lassen sich magnetische und elektrische Felder im Kleinstbereich messen. Die Forscher machen sich den atomaren Defekten in extrem reinen, künstlich hergestellten Diamanten zunutze. Die Forscher haben in diesen Diamanten ein Stickstoffatom geschossen und den Edelstein dadurch einen atomaren Defekt generiert.
"Spins" haben Folgen
"Wir können nun beobachten, wie sich das Stickstoffatom ändert, wenn es in die Nähe eines Magnetfeldes kommt", erklärt Phillip Neumann, Doktorant an der Universität Ulm, gegenüber pressetext. Die Energie des "Spins", eines sogenannten Stickstoff-Fehlstellenzentrums, ändert sich nämlich, sobald der Diamant in ein magnetisches Feld gerät. Diese Änderung des Energieniveaus kann sichtbar gemacht werden.
"Der Sensor basiert auf grundlegenden physikalischen Eigenschaften und ist universell einsetzbar", sagt Jelezko im pressetext-Gespräch. Der Sensor könnte in der Praxis auch in eine Zelle eingesetzt und damit in der Medizin nutzbar gemacht werden. "Der Diamant ist nur die Schutzhülle für den Sensor - der Vorteil ist, er kann in der Biologie und Medizin eingesetzt werden, weil er nicht toxisch ist - auch nicht in Nanoform", freut sich Jelezko.
Neuentwicklung widerstandsfähig
Nanoteilchen von Elementen haben in der Regel ganz andere Eigenschaften als die Elemente selbst. Aber Forscher haben auf zellulärer Ebene Nanoteilchen des Diamanten bereits auf Toxizität getestet. Das Material hat noch weitere positive Eigenschaften: "Im Gegensatz zu unserem neuen Sensor funktionieren bisherige vergleichbare Messmethoden oft nur bei Tiefsttemperaturen oder im Vakuum", sagt Jelezko.
Das Diamantgitter wirkt als Schutzhülle, weswegen der jüngst entwickelte Sensor auch bei Raumtemperatur präzise arbeitet. Der Diamanten-Sensor ist extrem klein und erlaubt bei hoher Empfindlichkeit und Ortsauflösung ungeahnte Einsichten in die "Nanowelt". So könnten zum Beispiel Kernspins in biologischen Molekülen erfasst werden. Schon jetzt hat sich die Messgenauigkeit gegenüber bisherigen Methoden um ein Vielfaches erhöht: "Aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation haben wir jetzt die Grenze der Genauigkeit erreicht", so der Physiker.
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