Наномасштабные алмазы: ультраточные магнитные сенсоры для биомедицины и квантовых применений

Наномасштабные алмазы
Наномасштабные алмазы — алмазно-структурные частицы меньше 10 нм, образующиеся как остаток при детонации ТНТ или гексогена в замкнутом объеме. Их исключительная механическая прочность, оптическая прозрачность, высокая площадь поверхности и настраиваемая поверхностная химия делают их идеальными для широкого спектра применений, от трибологии и доставки лекарств до биоизображения и тканевой инженерии. Поскольку они нетоксичны и могут имитировать белки, наномасштабные алмазы также используются как наполнители в нанокомпозитах и в различных высокопроизводительных отраслях: авиакосмическая, точечная обработка, оптика, автопроизводство и передовые смазки.

Измерение магнитных полей
Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре пioniировали подход электронного спинового резонанса (ЭПР), связывающий наномасштабные алмазы с лазерами для kvantификации локальных магнитных полей в жидких средах.

Техника
Метод использует азотно-вакансные (NV) центры в наномасштабных алмазах. Тесно сфокусированный лазерный луч формирует оптический пинцет, притягивающий диэлектрические частицы к своей фокальной точке, левитируя и удерживая их без физического контакта. Перемещая фокус лазера через жидкость, частицы могут быть позиционированы с нанометровой точностью. ЭПР измерения затем зондируют энергетическую структуру NV-центров через Зееманов эффект, раскрывая окружающее магнитное поле с высокой чувствительностью.

Использования
Эта полностью оптическая, безпроводная сенсорная платформа может мониторить разнообразные явления, включая внутриклеточные процессы, электрохимические ячейки, поверхностную катализацию и липидные мембраны. Она также предлагает возможность визуализации электромагнитных полей вокруг нейронов и других биологических структур, сложных для зондирования конвенциональными техниками. Благодаря их длинным временам когерентности спина даже при комнатной температуре, NV-центры служат надежными квантовыми зондами, позволяя повторное считывание и реинициализацию. Наномасштабные алмазы могут быть позиционированы где угодно в образце, отслеживаны и помечены, открывая новые пути в субмикронном биофизическом исследовании.