EPR probeheads for very small samples

• Applicants: Dr. Edward Reijerse; Dr. Anton Savitsky
• Subject Area: Analytical Chemistry
• Term: from 2012 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 221296715

Der vorliegende Antrag beschreibt die Aufnahme einer Kooperation zwischen den Arbeitsgruppen von Edward Reijerse (MPI Mülheim), Anton Savitsky und der Gruppe von Dieter Suter (TU Dortmund) mit dem Ziel, die Empfindlichkeit der Elektronenspinresonanz (ESR) / paramagnetischen Elektronenresonanz (EPR) sehr kleiner Proben erheblich zu erhöhen. Die Fachkompetenz der „Suter-Gruppe“ auf dem Gebiet der Planung und Konstruktion planarer Mikroresonatoren wird dabei mit der Erfahrung des MPI beim Design und der Konstruktion von EPR-Probenköpfen für „spezielle Anwendungen“, d.h. Experimente, für die kommerzielle Probenköpfe nicht geeignet sind, verbunden. Die neuen Mikroresonatoren werden benutzt, um sehr kleine Proben, speziell Proteinmikrokristalle (typische Dimensionen: 0,2 x 0,4 mm²) von Hydrogenasen und Photosystemen, bei X- und Q-Band Frequenzen (d.h. 9.5 und 34 GHz) mittels CW und gepulster EPR zu untersuchen. Der Prototyp eines 244 GHz-Probenkopfes am MPI wird weiterentwickelt werden, sodass die gleichen Mikrokristalle auch bei sehr hohen Mikrowellenfrequenzen untersucht werden können. Schrittweise werden die Resonatoren erweitert, um schließlich Doppelresonanzmessungen (ENDOR) sowie simultane Belichtung zu ermöglichen. Darüber hinaus werden mehrere Nebenentwicklungen erwartet: 1) Ein präzises EPR-basiertes Gaussmeter auf Basis des Mikroresonatordesigns. 2) Die Integration eines Tieftemperatur-Vorverstärkers und weiterer elektronischer Bauteile im Mikroprobenkopf zur Steigerung dessen Empfindlichkeit. 3) Ein Streifenleitungs- / Mikrostripresonator zur Detektion paramagnetischer Einzel- / Monoschichten, z.B. auf einer Goldelektrode. Da Design und Herstellung von Mikroresonatoren auch für weitere Bewerber im Schwerpunktprogramm relevant sind, wird diese Aufgabe in einer „zentralen Antrag“ von der Gruppe von Dieter Suter beschrieben. Die entwickelten Mikroresonatorprobenköpfe werden komplett neue Möglichkeiten eröffnen, um sehr kleine Proteinkristalle, wie sie bisher für die EPR unzugänglich sind, zu untersuchen. Das Mikroresonator-basierte EPR-Gaussmeter wird das seit langem bestehende Problem einer genauen und dynamischen Felderfassung / -überwachung / -messung in supraleitenden Magneten lösen.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1601: New Frontiers in Sensitivity for EPR Spectroscopy: from Biological Cells to Nano Materials
• Participating Person: Dr. Hideaki Ogata