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Projekt
IC-basierte Elektronspindetektion für biomedizinische und materialwissenschaftliche Anwendungen
Antragsteller
Professor Dr. Jens Anders
Fachliche Zuordnung
Analytische Chemie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276450617
Verfahren, die auf dem Elektronenspinresonanzeffekt (ESR-Effekt) basieren, zählen zu den wichtigsten Analyseverfahren in den Natur- und Materialwissenschaften. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Struktur, die Dynamik sowie die räumliche Verteilung paramagnetischer Spezies zu untersuchen. Das beantragte Projekt widmet sich dabei der Verbesserung bzw. der Erweiterung des Funktionsumfangs existierender ESR-Instrumente für zwei konkrete Fragestellungen aus den Lebens- und den Materialwissenschaften und nutzt dabei konsequent die Vorteile moderner integrierter Schaltungstechnik zur Fertigung miniaturisierter, hochempfindlicher Detektoren für die induktive und die elektrische Messung des ESR-Effekts. Das erste große Teilprojekt hat dabei die Entwicklung eines benutzerfreundlichen, tragbaren und zugleich hochempfindlichen, Ku-Band point-of-care (PoC) ESR-Spektrometers zur Untersuchung von oxidativem und nitrosativem Stress mittels der Spintrapping Methode zum Ziel. In Kooperation mit Anwendern aus der Medizin und der Psychologie soll dabei ein ESR-Spektrometer entwickelt werden, das die ESR-Spektroskopie als den Gold-Standard für die Messung freier Radikale durch eine leichte Handhabbarkeit bei gleichzeitiger hoher Spinsensitivität einem breiten klinischen Anwenderkreis zugänglich macht. Kernstück des zu entwickelnden PoC Spektrometers wird dabei ein integrierter Schaltkreis mit oszillatorbasiertem, induktivem ESR-Detektor sein, der durch sein neuartiges Messprinzip sowohl die Anregung als auch die Auslesung des Spinensembles mit einem sehr geringen Leistungsbedarf ermöglicht und somit ideal für die Realisierung eines PoC-Spektrometers geeignet ist. Da darüber hinaus zur Erzeugung des erforderlichen B0-Feldes ein NMR-Permanent zum Einsatz kommen soll, kann insgesamt ein portables, batteriebetriebenes Spektrometer für den Einsatz im klinischen Alltag entstehen. Das zweite große Teilprojekt widmet sich der Entwicklung von integrierten Schaltkreisen zur Durchführung von kombinierten ESR-EDMR Experimenten. Dabei soll zur induktiven Messung des ESR-Effekts das gleiche oszillatorbasierte Sensorprinzip wie für die PoC-Spektrometer zum Einsatz kommen. Der Oszillator des induktiven ESR-Sensors dient dabei gleichzeitig als Mikrowellenquelle für die elektrische Messung des ESR-Effekts mittels EDMR. Zur Steigerung der Empfindlichkeit sowie zur Immunisierung des Systems gegen Störgrößen wird der zur Detektion des EDMR Signals benötigte Transimpedanzverstärker mit dem oszillatorbasierten ESR-Sensor auf demselben Chip ko-integriert, so dass insgesamt ein hochgradig miniaturisiertes, hochempfindliches System zur kombinierten Messung von induktiven ESR und EDMR Signalen entstehen wird.Insgesamt sollen in dem beantragten Projekt also zwei Spindetektions-Systeme entwickelt werden, die die Möglichkeiten hochgradig skalierter mikroelektronischer zur Miniaturisierung und Erhöhung der Benutzerfreundlichkeit bei gleichzeitiger exzellenter Empfindlichkeit optimal ausnutzen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
