Mikrofluidik Diamant Quantensensor

• Antragsteller: Professor Dr. Fedor Jelezko
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499424854

Der Bereich der Mikrofluidik hat in den letzten Jahren ein rasantes Wachstum erlebt und ist heute in so unterschiedlichen Bereichen wie Biologie, Medizin und Chemie unverzichtbar. Heute sind Mikrofluide ein wichtiges Hilfsmittel bei Bluttests, beim Drucken und bei Brennstoffzellen, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Fähigkeit, die wichtigsten Eigenschaften von Mikrofluiden zu bestimmen, ist von entscheidender Bedeutung für die Arzneimittelindustrie und die Medizin, wo zum Beispiel der Nachweis freier Radikale in biologischen Proben für das Verständnis von Prozessen wie der Immunreaktion entscheidend ist. Die am weitesten verbreitete Plattform, die am stärksten zur Entwicklung der Mikrofluidik beigetragen hat, ist das Lab on a Chip-Konzept für chemische und biologische Analysen. Da die Chips Mikrofluidkanäle und integrierte Analysewerkzeuge enthalten, ist eine präzise Kontrolle der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten in diesen Mikrokanälen entscheidend. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Strömung in diesen Kanälen nicht immer den makroskopischen Flüssigkeitsgesetzen entspricht, wie z. B. der rutschfreien Randbedingung, die bei der Charakterisierung von Flüssigkeitseigenschaften normalerweise als selbstverständlich angesehen wird. Obwohl es Fortschritte in der Theorie gab, wurde noch keine Technologie zur genauen Geschwindigkeitsmessung entwickelt. Dieses Mf-QDS stellt einen radikal anderen Ansatz zur Messung von Geschwindigkeit und Diffusionseigenschaften in Mikrofluidkanälen vor. Basierend auf flachen Stickstoffleerstellen (NV), die in eine Diamantmatrix implantiert sind, die nahe genug an der fließenden Flüssigkeit positioniert ist, werden wir Nano-NMR-Techniken verwenden, um das statistische Feld zu erfassen, das von den Kernen in der Nähe der NV erzeugt wird. Während die Moleküle durch den Kanal fließen, fluktuiert das in der NV induzierte magnetische Feld. Die Verfolgung dieser Fluktuationen als Änderungen des NV-Zustandes wird ein bisher unerreichtes Maß an Genauigkeit in Bezug auf das Geschwindigkeitsflussprofil des Mikrofluids und seine Temperatur bieten und gleichzeitig eine Unterscheidung zwischen mehreren Komponentenarten ermöglichen. Keiner dieser Parameter kann mit den derzeitigen klassischen Methoden erreicht werden, obwohl sie für die nächste Generation von Mikrofluidsystemen unerlässlich sind. Wir werden ein integriertes Toolkit entwerfen und implementieren, das den Diamanten mit den NVs und den Mikrofluidkanälen enthält. Dieser Ansatz kann in zukünftigen mikrofluidischen Systemen eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Israel, Polen, Spanien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Javier Prior, Ph.D.; Professor Dr. Alex Retzker, Ph.D.; Professor Dr. Adam Wojciechowski, Ph.D.