Mit grünem Laserlicht beleuchteter Diamant. Aufgrund des Fluoreszenzlichts der in ihm befindlichen Quantensensoren leuchtet er rot.
Universität Stuttgart/PI3
Herkömmliche Sensoren sind zu groß, um ein Magnetresonanzsignal aus kleinen Volumina nachzuweisen. Einzelne Moleküle wie etwa Proteine messen jedoch nur Nanometer und konnten daher bisher nicht mit dieser Methode untersucht werden. Quantensensoren im Diamant, basierend auf einzelnen Elektronenspins, schaffen hier Abhilfe. Durch ihre atomare Größe kommt man den Molekülen bis auf wenige Nanometer nahe und steigert dadurch die Empfindlichkeit, sodass auch winzige Moleküle detektiert werden können. Bereits in früheren Untersuchungen gelang es einem Stuttgarter Forscherteam um Jörg Wrachtrup sowie einem amerikanischen Team um H. Jonathon Mamin, das Kernspin-Signal von wenigen Nanometer kleinen Objekten nachzuweisen.
Jetzt konnten die Wissenschaftler den Quantensensor im Diamant weiterentwickeln und anhand der um das zehntausendfach größeren Frequenzauflösung erstmals die Zusammensetzung von zwei Molekülen in einer flüssigen Probe untersuchen. Hat man die Eigenschaften bisher aus den gemittelten Fingerabdrücken vieler Moleküle abgeleitet, so erlaubt es der neuartige Sensor sogar, einzelne Moleküle wie zum Beispiel Proteine, aufzuspüren und deren Dynamik gezielt zu untersuchen, wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Science berichten. Die Auflösung der Magnetresonanztomographie kann auf dieser Grundlage entscheidend verbessert werden, sodass diese sich zum Beispiel für die Tumorfrüherkennung einsetzen ließe. Darüber hinaus könnten Quantensensoren im Diamant künftig bei der Miniaturisierung von Kernspin-Spektrometern eine wichtige Rolle spielen.