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  • Capteur de diamant microfluidique :déplacer les bioparticules magnétiquement

    Un nanocristal de diamant (objet blanc à droite du centre) est utilisé pour cartographier le champ magnétique autour d'une particule (objet rouge au centre). La particule flotte dans un bain peu profond de liquide ionique. La particule peut être déplacée (trait pointillé) avec une grande précision en faisant s'écouler le liquide à l'aide de tensions appliquées aux électrodes (4 tiges brillantes). Encart :le centre NV au cœur du nanocristal de diamant réagit à une combinaison de lumière laser verte entrante, ondes radiofréquences (magenta), et le magnétisme de la microparticule voisine. Si tous ces champs ont juste les bonnes valeurs, le centre NV émettra une lumière rouge. La lumière observée fournit une mesure du champ magnétique de la microparticule. Crédit :Kelley/JQI

    La mesure des champs magnétiques faibles est une entreprise de plusieurs milliards de dollars. Gigaoctets de données, stocké et récupéré rapidement à partir de jetons de la taille d'une pièce de monnaie, sont au cœur de l'électronique grand public. Des densités de données encore plus élevées peuvent être obtenues en améliorant la sensibilité de détection magnétique, peut-être jusqu'à des niveaux de nano-tesla.

    Une plus grande sensibilité magnétique est également utile dans de nombreux domaines scientifiques, comme l'identification de biomolécules telles que l'ADN ou les virus. Cette recherche doit souvent se dérouler dans un endroit chaleureux, environnement humide, où des conditions de propreté ou des températures basses ne sont pas possibles. Les scientifiques de JQI répondent à cette préoccupation en développant un capteur en diamant qui fonctionne dans un environnement fluide. Le capteur crée des cartes magnétiques (avec une sensibilité de 17 microteslas) de petites particules (un substitut pour les biomolécules réelles) avec une résolution spatiale d'environ 50 nm. Il s'agit probablement de la mesure magnétique la plus sensible réalisée à température ambiante en microfluidique.

    Les résultats de la nouvelle expérience menée par le scientifique JQI Edo Waks (professeur à l'Université du Maryland) et ses associés apparaissent dans la revue NanoLettres .

    Centres Diamond NV

    Au cœur du capteur se trouve un minuscule nanocristal de diamant. Ce diamant, lorsqu'il est amené à proximité d'une particule magnétique tout en étant simultanément baigné de lumière laser et d'un signal micro-onde subtil, émettra une fluorescence d'une manière proportionnelle à la force du champ magnétique de la particule. Ainsi, la lumière du diamant est utilisée pour cartographier le magnétisme.

    Comment fonctionne le diamant et comment la particule est-elle suffisamment rapprochée du diamant pour être scannée ?

    Le nanocristal de diamant est fabriqué dans le même processus par lequel les diamants synthétiques sont formés, dans un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur. Certains diamants ont de minuscules imperfections, y compris occasionnellement des atomes d'azote se substituant aux atomes de carbone. Parfois, un atome de carbone est complètement absent de la structure solide du diamant par ailleurs étroitement coordonnée. Dans les cas où l'azote (N) et la lacune (V) sont côte à côte, un effet optique intéressant peut se produire. La combinaison NV agit comme une sorte d'atome artificiel appelé centre de couleur NV. Si vous êtes invité par le bon type de laser vert, le centre NV brillera. C'est-à-dire, si va absorber la lumière laser verte et émettre de la lumière rouge, un photon à la fois.

    Le taux d'émission NV peut être modifié en présence de champs magnétiques au niveau microscopique. Pour que cela se produise, bien que, les niveaux d'énergie internes du centre NV doivent être justes, et cela se produit lorsque le centre est exposé aux signaux de la source radiofréquence (indiquée au bord de la figure) et aux champs émis par la particule magnétique voisine elle-même.

    La particule flotte dans un lac peu profond de solution à base d'eau déionisée dans une configuration appelée puce microfluidique. Le diamant est solidement attaché au fond de ce lac. La particule se déplace, et est dirigé autour de la puce lorsque des électrodes positionnées dans les canaux amènent les ions du liquide à former des courants doux. Comme un navire naviguant vers l'Europe avec l'aide du Gulf Stream, la particule chevauche ces courants avec un contrôle submicronique. La particule peut même être manoeuvrée dans le sens vertical par une bobine magnétique externe (non représentée sur le dessin).

    "Nous prévoyons d'utiliser plusieurs diamants afin de faire une analyse magnétique vectorielle complexe., " dit l'étudiant diplômé Kangmook Lim, l'auteur principal de la publication. "Nous utiliserons également des diamants flottants au lieu de diamants fixes, ce qui serait très utile pour scanner le nanomagnétisme d'échantillons biologiques."


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