Chicago, USA - Wissenschaftler der University of Chicago haben einen bahnbrechenden Quanten-Biosensor vorgestellt, der die Art und Weise, wie wir Zellen untersuchen und Krankheiten diagnostizieren, revolutionieren soll. Diese innovative Technologie, die in Zusammenarbeit mit Forschern der University of Iowa entwickelt wurde, verwendet Diamant-Nanopartikel, die mit einer speziell entwickelten Hülle beschichtet sind, inspiriert von der Technologie hinter QLED-Fernsehern.
Das Herzstück dieses Biosensors ist die Verwendung von Diamant-Nanokristallen. Diese winzigen Diamanten können, wenn sie in lebende Zellen eingebracht werden, als hochsensitive Sonden fungieren, die es Wissenschaftlern ermöglichen, zelluläre Prozesse zu überwachen und Krankheiten in ihren frühesten Stadien zu erkennen. Eine große Herausforderung war jedoch die Aufrechterhaltung der Quanteneigenschaften dieser Nanopartikel, sobald sie sich in einer Zelle befinden, da ihre Leistung oft nachlässt.
Das Forschungsteam löste dieses Problem, indem es sich von der QLED-Fernsehtechnologie inspirieren ließ. Sie beschichteten die Diamant-Nanopartikel mit einer Siloxan-Hülle, einem Material, das die Quanteneigenschaften der Diamanten verbessert und verhindert, dass das Immunsystem sie als Fremdkörper erkennt. Dieser innovative Ansatz verbesserte nicht nur die Empfindlichkeit des Sensors, sondern lieferte auch neue Erkenntnisse darüber, wie Oberflächenmodifikationen das Quantenverhalten eines Materials beeinflussen können.
Die Ergebnisse waren bemerkenswert. Die Forscher beobachteten eine bis zu vierfache Verbesserung der Spin-Kohärenz, einem Schlüsselfaktor für die Leistung des Sensors. Sie stellten auch fest, dass die Siloxan-Hülle das Quantenverhalten innerhalb des Diamanten grundlegend veränderte, was zu einer stabileren und empfindlicheren Methode zur Auslesung von Signalen aus lebenden Zellen führte. Dieser Durchbruch löst ein langjähriges Rätsel im Bereich der Quantensensorik und eröffnet neue Wege für Innovationen im Ingenieurwesen und in der Grundlagenforschung.
"Der Endeffekt ist nicht nur ein besserer Sensor, sondern ein neuer, quantitativer Rahmen für die Entwicklung von Kohärenz und Ladungsstabilität in Quanten-Nanomaterialien", sagte Uri Zvi, der Hauptautor der Arbeit. Diese Entdeckung hat das Potenzial, die medizinische Diagnostik zu verändern, indem sie eine frühere und genauere Krankheitserkennung ermöglicht und ein tieferes Verständnis der Zellbiologie bietet.