ERA-Net: Verbundprojekt: Hochsensible Diamant und Karborund Nano-Sensoren und Bio-Marker mit NIR optischer Adressierbarkeit (DIABASE), Teilvorhaben: Uni Stuttgart

Farbzentren sind eine neue Klasse von externen Markern mit außergewöhnlich hohem Anwendungspotential, bedingt durch die Abwesenheit von Ausbleichen oder Blinken sogar nach monatelanger kontinuierlicher Anregung, während sie eine Helligkeit aufweisen, die vergleichbar ist mit der von fluoreszierenden Proteinen. Des Weiteren können derartige Farbzentren als Nano-Sensoren verwendet werden. Ein prominentes Beispiel ist der NV Defekt in Diamant. Von Mitgliedern des DIABASE Konsortiums wurde bereits nachgewiesen, dass dieses Farbzentrum einzigartige Eigenschaften als Fluoreszenz-Marker und Sensor für magnetische und elektrische Felder, wie auch für Temperatur-Messungen aufweist. Wir werden die Herstellung, Erforschung und Nutzung von neuen Farbzentren in Kohlenstoff-basierten Materialien wie Diamant und Karborund (Siliziumcarbid, SiC) vorantreiben und Experimente auf Einzeldefekt-Ebene in Nanomaterialien realisieren. Das Hauptaugenmerk wird auf Farbzentren liegen, die im nah-infraroten (NIR) Spektralbereich optisch aktiv sind, was für in vivo biologische Anwendungen vorteilhaft ist, aufgrund der tiefen Gewebe-Eindringtiefe. Durch die gegebene Biokompatibilität dieser Materialien und da Farbzentren sogar in atomar skaligen (einige nm) Nanokristallen stabil bleiben, ermöglicht unser Ansatz zelluläre Bildgebung und Sensorik im Nanobereich. Das Sensorprinzip basiert auf Varianten der optisch detektierten Magnetresonanz Technik (ODMR) mit Einzelspin-Empfindlichkeit. Durch die Anwendung von fortschrittlichen Quanten-Ausleseprotokollen können magnetische und elektrische Felder, Ladung, Temperatur, Verspannung, Druck, Kraft, etc. mit beispielloser Präzision und Nanometer räumlicher Auflösung gemessen werden. Arbeitsteil der Universität Stuttgart (USTUTT): Einzelspinsensoren Monat 6 : Fabrikation von neuen Fehlstellen in SiC Monat 12 : Charakterisierung von neuen Fehlstellen in SiC Monat 24 : Demonstration von Fehlstellen mit erhöhter Fluoreszenz