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Chemistry Meets Quantum Sensing: Towards Atomic Architectures Tailored for Diamond Probes

Descrizione del progetto

Nanodiamanti con centri di difetto dimostrano un grande potenziale per il rilevamento quantistico in biologia

In biologia, l’impiego di nanosonde potrebbe migliorare la comprensione della macchina cellulare tramite il rilevamento di molecole o processi importanti. Alcuni ricercatori hanno di recente dimostrato che i centri di azoto vacanti all’interno dei nanodiamanti fungono da sonde ottiche ultrasensibili delle reazioni redox. Questi difetti puntuali nei nanodiamanti possiedono il potenziale di rilevamento e localizzazione intracellulare di ioni e molecole. Prolungarne i tempi di coerenza piuttosto brevi e migliorarne la specificità e la stabilità colloidale potrebbe potenziarne ulteriormente la sensibilità. Il progetto ChemiQS, finanziato dall’UE, si propone di affrontare tali difficoltà sviluppando un innovativo approccio chimico per migliorare le proprietà di spin dei centri di azoto vacanti, tramite l’ingegnerizzazione di rivestimenti polimerici ultrasottili sul diamante e l’utilizzo di tecniche chimiche avanzate per il rilevamento dell’analita.

Obiettivo

Quantum sensing is a recent, dynamically expanding field affecting many scientific and industrial disciplines, including chemistry, biochemistry, biology and medicine. I have been advancing this field by developing quantum physical principles for the detection of Nitrogen‑Vacancy (NV) spin states in diamond. In my recent collaboration with the hosting supervisor, we have demonstrated that nanodiamond particles (NDs) can act as an optical probe for redox reactions reaching unprecedented sensitivity of 10 external spins. ND probes have enormous potential for instance for intracellular localized detection, but the sensitivity is limited by short NV coherence times due to subsurface defects and unsaturated bonds. Moreover, the sensor specificity and colloidal stability in the biological liquids need to be addressed. I aim to tackle these drawbacks by developing a radically novel chemical approach to remove the unpaired electrons and by engineering ultrathin polymer coatings and linking strategies. To reach the project's complex goals, a highly interdisciplinary approach is proposed. My plan is to 1) annihilate the dangling bonds and subsurface defects by controlled surface removal using radical etching in the gas phase, 2) develop colloidally stable ND probes using ultrathin polymer coating, 3) use NV spin properties to optically detect paramagnetic ions and nucleic acids in biologically relevant conditions with unprecedented sensitivity. The proposed fellowship will allow me to look at the problematics of quantum sensors from the chemical point of view, complementing my expertise in physics. Furthermore, acquiring chemical skills by working in a leading ND surface chemistry group, will improve my prospects to become a leader in the topic of quantum biological sensing, which I want to pursue further in my home country. At the same time, I would like to bring to the host group my expertise in quantum sensing methodology that will be used in the project and beyond it.

Invito a presentare proposte

H2020-WF-2018-2020

Vedi altri progetti per questo bando

Bando secondario

H2020-WF-03-2020

Meccanismo di finanziamento

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

Coordinatore

USTAV ORGANICKE CHEMIE A BIOCHEMIE, AV CR, V.V.I.
Contribution nette de l'UE
€ 144 980,64
Indirizzo
FLEMINGOVO NAM. 542/2
16610 Praha 6
Cechia

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Regione
Česko Praha Hlavní město Praha
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 144 980,64