Einzelmolekül-MRT durch Quantensensoren
Mit Atomen dicht unter der Diamant-Oberfläche wollen Forscher einzelne Zellen und einzelne Moleküle ins Visier nehmen.
Die Kernspinresonanz ist aus der medizinischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. Auch die Biochemie nutzt die Kernspinresonanz, um die Struktur von Molekülen zu analysieren. Bisher ist NMR jedoch nicht sensitiv genug, um einzelne Zellen oder gar Moleküle zu detektieren. Forscher der TU Braunschweig wollen über einen alternativen Ansatz mit Quantensensoren NMR im Nanobereich ermöglichen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit knapp fünf Millionen Euro.
Die medizinische Diagnostik nutzt die Kernspinresonanz, um etwa die Verteilung von Wasserstoff-Atomkernen im Körper zu messen. Bisher allerdings mit einer Auflösung von maximal hundert Mikrometern. Zu grob für einzelne Zellen, die nur wenige Mikrometer groß sind oder gar einzelne Moleküle, die in Nanometern gemessen werden.
Nabeel Aslam verfolgt mit seinem Team an der TU Braunschweig einen alternativen Messansatz. Mit Quantensensoren, die auf einzelnen Atomen im Diamanten basieren, wollen die Forscher einzelne Zellen, einzelne Moleküle und perspektivisch sogar den einzelnen Kernspin ins Visier nehmen. Dafür präparieren sie einzelne Atome dicht unter der Diamantoberfläche. Moleküle auf der Diamantoberfläche sind dann nur Nanometer vom Sensor entfernt, der schließlich mit Lasern ausgelesen wird. In Zusammenarbeit mit Biologen und Chemikern soll die Technik unter anderem erstmals zur Strukturanalyse von Proteinen und zur Untersuchung von Stoffwechselprozessen in einzelnen Zellen genutzt werden.
Das Projekt „DiamondNanoNMR“ startete im Dezember 2022. Mit dem Fokus auf Quantensensorik setzt die Arbeitsgruppe dabei neue Impulse für das Exzellenzcluster QuantumFrontiers und Niedersachsens Quantenallianz Quantum Valley Lower Saxony.
TU Braunschweig / RK
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