Integration von optischen Magnetometern und Mikrofluidik für die Messung der magnetischen Momente einzelner Mikropartikel (Mikromagnetische Momente)

• Antragsteller: Dr. Volkmar Schultze
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310973266

Magnetotaktische Bakterien (MTB) erzeugen magnetische Nanokristalle, die in Ketten, sogenannten Magnetosomen, angeordnet sind. Deren Perfektion übertrifft die von künstlich hergestellten Nanokristallen, was sie für technische Anwendungen interessant macht. Den MTB selbst dienen die Magnetosome zur Orientierung im Erdmagnetfeld. Größe, Anordnung und Magnetisierung der Magnetosome hängen von verschiedensten Einflussfaktoren ihrer Umwelt ab. Die Erforschung dieser Zusammenhänge ist von großem Interesse, da die Mikroben eine wichtige Rolle in globalen biogeochemischen Kreisläufen darstellen. Für die Charakterisierung sowohl der MTB als auch biogen hergestellter Magnetosome wäre die Kenntnis ihrer individuellen magnetischen Momente von großem Nutzen. Eine Methode, diese Kenntnis bei Ensembles mit vielen MTB zu erlangen, gibt es bisher nicht. Im Projekt soll deshalb die Möglichkeit geschaffen werden, größere Mengen von Magnetosomen bzw. MTB (allgemeiner als Mikropartikel bezeichnet) individuell mit großem Durchsatz magnetisch zu charakterisieren. Hierfür sollen optisch gepumpte Magnetometer (OPM) und mikrofluidische Elemente in einem gemeinsamen Chip integriert werden. Durch den bei der Integration erreichbaren geringen Abstand zwischen den magnetischen Mikropartikeln und den Alkalidampfzellen der OPM soll es trotz der miniaturisierten Zellen, die zur Auflösung individueller Mikropartikel nötig sind, erstmals möglich werden, magnetische Momente der Größenordnung von m = 1x10exp(-15) Am^2 im Vorbeifluss zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen mehrere Alkalidampfzellen zusammen mit der Mikrofluidik integriert werden, um Rauschquellen zu eliminieren und die Signalqualität zu verbessern. Der physikalische Arbeitsmodus der OPM soll entsprechend der technischen Gegebenheiten entwickelt und angepasst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen