Light-induced magnetization detected by force microscopy: from basic concept to first applications

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Gegenstand des beantragten Projektes ist eine Erweiterung des Magnetresonanz-Kraftmikroskopie- Detektionsschemas (MRFM, Magnetic-Resoance Force Microscopy) zum Nachweis kurzlebiger lichtinduzierter Triplettzustände für deren Nutzung als transiente paramagnetische Sonden. Zu diesem Zweck sollen zunächst (im Dunkeln diamagnetische) Chromophor-Moleküle auf Oberflächen aufgebracht werden, um diese dann im photoangeregten Triplettzustand (S = 1) durch eine Änderung der Wechselwirkung zwischen Triplettmagnetisierung und der magnetischen Spitze eines Kraftmikroskops detektieren zu können. Der MRFM-Nachweis lichtinduzierter Triplettzustände hat gegenüber konventioneller Detektion ein Reihe von Vorteilen: (i) Selbst bei vergleichsweise hohen Temperaturen entstehen die Triplettzustände auf einer Mikro- bis Millisekunden-Zeitskala in einer starken Nichtgleichgewichtsbesetzung (Elektronenspin-Polarisation) und weisen damit eine hohe Anfangsmagnetisierung auf; (ii) Das lichtinduzierte "Einschalten" der Magnetisierung ermöglicht ein repetitives Signalakkumulationsschema; (iii) Die Kombination von Lichtanregung und Kantilever-Detektion vermeidet unerwünschte Störungen durch Lichtstreuung oder Hintergrundfluoreszenz; (iv) Permanent paramagnetische Sonden (Spinlabels), die in verschiedenen chemischen Umgebungen oft instabil sind, werden nicht benötigt. Nach einer erfolgreichen Implementation der Methode planen wir die folgenden Anwendungen: (i) Die Messung von Aptamer–Substrat-Wechselwirkungen, und (ii) den Einsatz Triplett-spinmarkierter Proteine zu deren Lokalisation in Zellen.