Light-induced magnetization detected by force microscopy: from basic concept to first applications

• Applicants: Professorin Dr. Martina Havenith-Newen; Professor Dr. Stefan Weber
• Subject Area: Analytical Chemistry
• Term: from 2012 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 221267090

Gegenstand des beantragten Projektes ist eine Erweiterung des Magnetresonanz-Kraftmikroskopie- Detektionsschemas (MRFM, Magnetic-Resoance Force Microscopy) zum Nachweis kurzlebiger lichtinduzierter Triplettzustände für deren Nutzung als transiente paramagnetische Sonden. Zu diesem Zweck sollen zunächst (im Dunkeln diamagnetische) Chromophor-Moleküle auf Oberflächen aufgebracht werden, um diese dann im photoangeregten Triplettzustand (S = 1) durch eine Änderung der Wechselwirkung zwischen Triplettmagnetisierung und der magnetischen Spitze eines Kraftmikroskops detektieren zu können. Der MRFM-Nachweis lichtinduzierter Triplettzustände hat gegenüber konventioneller Detektion ein Reihe von Vorteilen: (i) Selbst bei vergleichsweise hohen Temperaturen entstehen die Triplettzustände auf einer Mikro- bis Millisekunden-Zeitskala in einer starken Nichtgleichgewichtsbesetzung (Elektronenspin-Polarisation) und weisen damit eine hohe Anfangsmagnetisierung auf; (ii) Das lichtinduzierte "Einschalten" der Magnetisierung ermöglicht ein repetitives Signalakkumulationsschema; (iii) Die Kombination von Lichtanregung und Kantilever-Detektion vermeidet unerwünschte Störungen durch Lichtstreuung oder Hintergrundfluoreszenz; (iv) Permanent paramagnetische Sonden (Spinlabels), die in verschiedenen chemischen Umgebungen oft instabil sind, werden nicht benötigt. Nach einer erfolgreichen Implementation der Methode planen wir die folgenden Anwendungen: (i) Die Messung von Aptamer–Substrat-Wechselwirkungen, und (ii) den Einsatz Triplett-spinmarkierter Proteine zu deren Lokalisation in Zellen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1601: New Frontiers in Sensitivity for EPR Spectroscopy: from Biological Cells to Nano Materials
• Major Instrumentation: AFM-Upgrade
• Instrumentation Group: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Participating Person: Professor Dr. Erik Schleicher