Lichtmikroskopie für nanoskalige Quanten-Thermometrie

• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491245864

Nanoskalige Messungen der Temperatur sind entscheidend für das Verständnis der Thermodynamik lebender Zellen. Die Temperatur, die einer der wichtigsten Parameter für biochemische Reaktionen ist, wird in der Regel für große (makroskopische) Ensembles von Molekülen definiert. Wenn man sich jedoch sehr kleinen Längenskalen nähert, beginnen Fluktuationen die durchschnittlichen Größen, wie die Temperatur, zu dominieren. Daher erfordert die Verwendung der Temperatur als makroskopischer thermodynamischer Gleichgewichtsparameter in nanoskopischen intrazellulären Kompartimenten eine experimentelle und theoretische Untersuchung. Weiterhin können sich wichtige Größen wie die Wärmeleitfähigkeit auf der Nanoskala von ihren Volumenwerten unterscheiden. Methoden zur Temperaturmessung auf der Nanoskala befinden sich jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Unser Hauptziel ist es, eine Mikroskopietechnik zu etablieren, die in der Lage ist, Phänomene zu entschlüsseln, die durch ultralokale Temperaturgradienten in Verbindung mit Lasererwärmung und Laserkühlung induziert werden. Dies wird es ermöglichen, den Einfluss des Wärmetransfers im Nanobereich auf die Dynamik des zellulären Stoffwechsels und der Signalübertragung zu erfassen. Dieser Ansatz wird auf einer Kombination aus Quantensensorik, die durch Farbzentren in Diamant ermöglicht wird, und fortschrittlicher optischer Mikroskopie einschließlich hochauflösender Mikroskopie beruhen.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Microwave Source ; Zeiss Microscope
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503) ; 6040 Frequenz-Umformer (statisch) und Hochfrequenzgeneratoren
• Antragstellende Institution: Universität Ulm
• Leiter: Professor Dr. Fedor Jelezko