II. Wissenschaftliche Vorträge

vitro-Biosensor-Arrays eignen. Ihre Herstellung ist einfacher, da die Farbzentren
normalerweise stabil sind, wenn sie sich mehr als 2 nm unter der Oberfläche der
Diamanten befinden. Im Gegensatz dazu sind Diamanten im Nanomaßstab (Na-
nodiamanten) für Biosensoranwendungen besonders attraktiv, da sie als Nano-
sonden in Lösungen dienen könnten, die in Zellen, Gewebe und lebende Tiere
eingebracht werden können. Allerdings ist es sehr viel schwieriger, hochwertige
Nanodiamanten mit stabilen Farbzentren herzustellen, da sie ein sehr großes Ver-
hältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen. Die Kohärenzzeit von Farbzentren,
die in Nanodiamanten implantiert sind, kann oft durch funktionelle Gruppen ge-
stört werden. Diese sind jedoch erforderlich, um die kolloidale Stabilität, die Bio-
kompatibilität und die Biofunktionalität der Nanodiamanten für biomedizinische
Anwendungen zu verbessern. In diesem Vortrag wurden auch die verschiedenen
Methoden für die Herstellung sowohl von Bulk-Diamanten als auch von Nano-
diamantpartikeln mit Farbzentren kurz beschrieben und verglichen. Insbesondere
wurden die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger Nanodiaman-
ten und deren Funktionalisierung für In-vivo-Anwendungen diskutiert.
Ein weiterer Bestandteil des Vortrags war die Vei~wendung von Nanodiaman-
ten für die MRT-Bildgebung. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eines
der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin. Die lange Wellenlänge der
Hochfrequenzphotonen bedeutet, dass sie nicht gestreut werden, was eine nicht-
invasive Bildgebung von Geweben ermöglicht. Der größte Nachteil der MRT ist
ihre geringe Empfindlichkeit, die zum Teil auf die geringe Polarisierung der Kern-
spins bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen ist. Kürzlich wurde gezeigt, dass
die Empfindlichkeit der MRT durch den Einsatz der dynamischen Kernspinpola-
risation (DNP) von NV-Zentren verbessert werden kann. Das Schlüsselelement
dieser Technik ist das optische Pumpen, das die Polarisierung der Elektronenspins
der NV-Zentren auf einer Zeitskala von Mikrosekunden ermöglicht (Hyperpola-
risation).
In Zukunft können Quantensensoren dazu vei~wendet werden, Krebs in ei-
nem frühen Stadium seiner Entwicklung zu erkennen und die Therapie entspre-
chend zu verbessern. Dazu werden die freien Radikale im Körper gemessen, die
ein spezifischer Indikator für eine Vielzahl von Krankheiten sind. Darüber hinaus
sind Quantenuhren für die nächste Generation von Satellitennavigationssystemen
mit einer hochpräzisen Positionsbestimmung von entscheidender Bedeutung.
Die hochpräzise Messung des Erdmagnetfeldes mithilfe von Quantensensoren
könnte auch ohne GPS eine Standortbestimmung ermöglichen und damit einen
wichtigen Beitrag zum autonomen Fahren leisten. Mit Hilfe von ultrasensiblen
Quantenmagnetometern wird es möglich sein, das mit dem Gehirn verbundene
Magnetfeld zu erfassen und eine effiziente Schnittstelle zwischen Gehirn und Ma-
schine zu entwickeln.

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