5つのナノメートルダイヤモンド間の距離測定 - 単一粒子磁気共鳴または光学的超解像度イメージング？

5ナノメートルサイズの爆発ナノディアモンド（DNDS）は、生体分子の距離測定のための潜在的な単一粒子ラベルとして研究されています。結晶格子の窒素のvacancy（NV）欠陥は、単一の粒子の蛍光および光学的に検出された磁気共鳴（ODMR）を介して対処できます。単一粒子距離測定を実現するために、スピンスピンの結合または光学的超解像度イメージングに基づいて2つの相補的アプローチを提案します。最初のアプローチとして、Pulse ODMRシーケンス（Deer）を使用して、2つのNVセンター間の相互磁気双極子型カップリングを、近接DNDの2つのNVセンター間の測定しようとします。長距離シカの測定に到達するための重要なパラメーターである電子スピンコヒーレンス時間は、T 2、DD≈20μsに到達する動的デカップリングを使用して延長され、Hahn Echo Deasy Time T 2を1桁延長しました。それにもかかわらず、粒子間NV-NV双極子結合は測定できませんでした。2番目のアプローチとして、Storm Super-Resolution Imagingを使用してDNDSのNVセンターを正常にローカライズし、15 nmまでのローカリゼーション精度を実現し、光学ナノメートルスケールの単一粒子距離測定を可能にします。

5 nanometer sized detonation nanodiamonds (DNDs) are studied as potential single-particle labels for distance measurements in biomolecules. Nitrogen-vacancy (NV) defects in the crystal lattice can be addressed through their fluorescence and optically-detected magnetic resonance (ODMR) of a single particle can be recorded. To achieve single-particle distance measurements, we propose two complementary approaches based on spin-spin coupling or optical super-resolution imaging. As a first approach, we try to measure the mutual magnetic dipole-dipole coupling between two NV centers in close DNDs using a pulse ODMR sequence (DEER). The electron spin coherence time, a key parameter to reach long distance DEER measurements, was prolonged using dynamical decoupling reaching T 2,DD ≈ 20 μs, extending the Hahn echo decay time T 2 by one order of magnitude. Nevertheless, an inter-particle NV-NV dipole coupling could not be measured. As a second approach, we successfully localize the NV centers in DNDs using STORM super-resolution imaging, achieving a localization precision of down to 15 nm, enabling optical nanometer-scale single-particle distance measurements.