Objective-first sorting and time resolved diamond magnetic microscopy of superparamagnetic nanoparticles

超顺磁性纳米颗粒的客观优先分选和时间分辨金刚石磁力显微镜

基本信息

  • 批准号:
    1809800
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical abstract: Magnetic nanoparticle research has seen a flurry of activity in recent years, owing to potential applications in biomedical imaging and nanotechnology. However there is presently a lack of tools for quantitative magnetic measurements of individual nanoparticles. The goal of this research is to develop new strategies for high throughput, high spatio-temporal resolution characterization of individual magnetic nanoparticles. The magnetic properties of thousands of individual nanoparticles are simultaneously characterized using a new type of magnetic microscope based on synthetic diamond chips. Unlike existing techniques, the diamond-chip platform works at room temperature and offers high throughput (greater than 1000 individual particles per 10 min). The project aims to correlate magnetic measurements for each individual nanoparticle with its composition, size, shape, and structure. Finally, the proposed research also aims to educate and train diverse groups of high school students, undergraduates, and graduate students, including under-represented groups. Technical abstract. The goal of this research is to develop alternative strategies for high-sensitivity, parallel characterization of individual magnetic nanoparticles. The research project aims to study the magnetic dynamics of superparamagnetic iron oxide nanoparticles with 15-25 nm diameter, with a goal of improving their applicability in nanoscience applications. The magnetic properties of thousands of individual nanoparticles are simultaneously characterized using a magnetic microscope based on color centers doped near the surface of a diamond chip. Correlative transmission electron microscopy and magnetic images of numerous individual nanoparticles is used to elucidate the relationship between nanoparticle size, shape, magnetization relaxation, and hysteresis curve properties. A second aim of this research project is to study the correlation of composition, morphology, and magnetic dynamics of small transition metallic magnetic nanoparticles with a size range (2-10 nm) and establish a fundamental understanding of the effect of size, surface structure, and inter-particle dipolar interactions on their magnetic properties. The target magnetic sensitivity of 10 nT in 1 second integration time for a 400 nm x 400 nm pixel is sufficient to characterize particles down to 2 nm in diameter.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术摘要:由于在生物医学成像和纳米技术方面的潜在应用,磁性纳米颗粒研究近年来出现了一系列的活动。然而,目前缺乏对单个纳米粒子进行定量磁性测量的工具。这项研究的目标是开发新的策略来对单个磁性纳米颗粒进行高通量、高时空分辨率表征。使用基于合成金刚石芯片的新型磁力显微镜同时表征数千个单独纳米颗粒的磁性。与现有技术不同,金刚石芯片平台在室温下工作并提供高通量(每 10 分钟超过 1000 个单个颗粒)。该项目旨在将每个纳米颗粒的磁性测量与其成分、尺寸、形状和结构相关联。最后,拟议的研究还旨在教育和培训不同群体的高中生、本科生和研究生,包括代表性不足的群体。技术摘要。这项研究的目标是开发对单个磁性纳米粒子进行高灵敏度、并行表征的替代策略。该研究项目旨在研究直径15-25 nm的超顺磁性氧化铁纳米粒子的磁动力学,以提高其在纳米科学应用中的适用性。使用基于金刚石芯片表面附近掺杂的色心的磁力显微镜同时表征数千个单独纳米颗粒的磁性。相关透射电子显微镜和许多单个纳米颗粒的磁图像用于阐明纳米颗粒的尺寸、形状、磁化弛豫和磁滞曲线特性之间的关系。该研究项目的第二个目标是研究尺寸范围(2-10 nm)的小型过渡金属磁性纳米颗粒的成分、形态和磁动力学的相关性,并建立对尺寸、表面结构、以及粒子间偶极相互作用对其磁性的影响。 400 nm x 400 nm 像素在 1 秒积分时间内达到 10 nT 的目标磁灵敏度足以表征直径小至 2 nm 的粒子。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的评估进行评估,被认为值得支持。智力价值和更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Stimulated Emission Depletion Microscopy with Diamond Silicon Vacancy Centers
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  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.9b01135
  • 发表时间:
    2019-07-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Yaser Silani;Forrest Hubert;V. Acosta
  • 通讯作者:
    V. Acosta
Diamond magnetometer enhanced by ferrite flux concentrators
通过铁氧体通量集中器增强的金刚石磁力计
  • DOI:
    10.1103/physrevresearch.2.023394
  • 发表时间:
    2019-11-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    I. Fescenko;A. Jarmola;I. Savukov;P. Kehayias;J. Smits;Joshua T. Damron;N. Ristoff;Nazanin Mosavian;V. Acosta
  • 通讯作者:
    V. Acosta
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