Hochpräzise Diagnostik mit NV-dotiertem Diamant

20.12.2018

Biomagnetische Messungen sind aus der modernen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. Um die notwendige Präzision zu erreichen, sind bislang jedoch aufwendige und teure Verfahren erforderlich. Das Fraunhofer IAF arbeitet mit Partnern aus Industrie und Forschung an einer hochpräzisen Alternative bei Raumtemperatur.

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Bildgebende Verfahren wie die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen es, Hirnaktivitäten zu detektieren und Krankheiten frühzeitig zu behandeln

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Diamant – ein Material der Zukunft.

Im Rahmen des Projekts »NV-dotierter CVD-Diamant für ultra-sensitive Laserschwellen- Magnetometrie«, kurz »DiLaMag«, wird das weltweit erste Laserschwellen-Magnetometer (LSM) entwickelt.

Stickstoff-Vakanz-Zentren verbessern Diagnosemöglichkeiten

Das System basiert auf NV-dotiertem Diamant. Das heißt, der Diamant wurde mit Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) angereichert. Das ermöglicht höchste Präzision bei messenden und bildgebenden Diagnoseverfahren. Damit wäre es beispielsweise möglich, Hirn- und Herzaktivitäten von Ungeborenen zu bestimmen und Krankheiten frühzeitig zu behandeln. Die NV-Zentren reagieren mit Lichtemission auf Magnetfelder im Gewebe und können selbst kleinste Ströme in den Nervenzellen erfassen. Tomographische Bilder sollen durch die LSM-Technologie kontrastreicher und somit genauer werden.

Diamant als Lasermedium

In ersten Versuchen hat sich Diamant aufgrund seiner hohen Dichte an NV-Zentren und seiner Einsetzbarkeit bei Raumtemperatur als Lasermedium bewährt. Im Rahmen des Projekts optimiert das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF im eigens eingerichteten NV-Diamant-Laser-Labor das Verfahren zur Anreicherung von Diamantschichten mit möglichst vielen NV-Zentren in Plasma-CVD-Reaktoren. In den nachfolgenden Projektphasen werden die relevanten physikalischen und optischen Parameter charakterisiert und erste Demonstratoren entwickelt. Im letzten Schritt optimieren die Forschenden die Sensitivität des Systems, um es möglichst schnell in die Anwendung zu überführen. Neben dem Fraunhofer IAF sind an DiLaMag die SIGMA Medizin-Technik GmbH sowie Biomagnetismus-Experten der Universitätskliniken Freiburg und Heidelberg beteiligt. Das Projekt wird im Rahmen des Nachwuchswettbewerbs »NanoMatFutur« vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

 

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