Establishing thermal noise magnetometry for magnetic nanoparticle characterization
Final Report Abstract
In dieser Arbeit wurde das neuartige Verfahren der magnetischen Rauschmagnetometrie (Thermal Noise Magnetometry, TNM) zur Charakterisierung von magnetischen Nanopartikeln (MNP) untersucht. Hierfür wurden die theoretischen Grundlagen zusammengetragen und zahlreiche Simulationen durchgeführt, um die Einflüsse von Probengeometrie, Partikelvolumen und -anzahl, Einfluss der Größenverteilung, sowie die Temperatur auf das magnetische Rauschverhalten der MNP bei der TNM Messung zu beschreiben. Darüber hinaus wurden experimentelle TNM Untersuchungen mit einem 6-Kanal SQUID-System nicht nur die generelle Tauglichkeit des Verfahrens zur MNP-Charakterisierung demonstriert, sondern auch das Potential der TNM für die Detektion von Änderungen der MNP Dynamik aufgrund von Immobilisation und Aggregation der MNP beim Einbetten und Aushärten in einer nicht-magnetischen Matrix (Photopolymer) oder der Aufnahme in einem biologischen System (THP-1 Tumorzelle) gezeigt. Weiterhin wurde ein eigenständiger und mobiler TNM Aufbau entwickelt, in dem optisch gepumpte Magnetometer (Optically Pumped Magnetometer, OPM) zur Detektion der TNM Signale verwendet wurden. Mit diesem Aufbau konnte die bisherige Komplexität in den TNM Experimenten mit den Flüssig-Helium gekühlten SQUID Sensoren deutlich verringert und gleichzeitig die Einsatzfähigkeit verbessert werden. Dieses Projekt hat das Verfahren der Thermischen Rauschmagnetometrie zum Nachweis von Magnetischen Nanopartikeln in biomedizinischen und industriellen Anwendungen entscheidend weiterentwickelt.
Publications
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Noise Power Properties of Magnetic Nanoparticles as Measured in Thermal Noise Magnetometry. IEEE Access, 9, 111505-111517.
Everaert, Katrijn; Liebl, Maik; Gutkelch, Dirk; Wells, James; Van Waeyenberge, Bartel; Wiekhorst, Frank & Leliaert, Jonathan
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Monitoring magnetic nanoparticle clustering and immobilization with thermal noise magnetometry using optically pumped magnetometers. Nanoscale Advances, 5(8), 2341-2351.
Everaert, Katrijn; Sander, Tilmann; Körber, Rainer; Löwa, Norbert; Van Waeyenberge, Bartel; Leliaert, Jonathan & Wiekhorst, Frank
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The impact of temperature on thermal fluctuations in magnetic nanoparticle systems. Applied Physics Letters, 122(21).
Everaert, K.; Van Waeyenberge, B.; Wiekhorst, F. & Leliaert, J.
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Thermal Noise Magnetometry of magnetic nanoparticle ensembles: PhD thesis, Ghent University, Faculty of Sciences
K. Everaert
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Nitrogen-vacancy center magnetic imaging of Fe3O4 nanoparticles inside the gastrointestinal tract of Drosophila melanogaster. Nanoscale Advances, 6(1), 247-255.
Mathes, Niklas; Comas, Maria; Bleul, Regina; Everaert, Katrijn; Hermle, Tobias; Wiekhorst, Frank; Knittel, Peter; Sperling, Ralph A. & Vidal, Xavier
