Im Projekt soll eine Messanordnung entwickelt werden, die es durch die Vereinigung von optisch gepumpten Magnetometern (OPM) und Mikrofluidik (MF) erstmals gestattet, beim Durchsatz größerer Mengen von Magnetosomen oder Magnetotaktischen Bakterien (MTB) – im Folgenden gemeinsam als magnetische Mikropartikel bezeichnet – deren magnetische Momente individuell zu bestimmen. Diese Messanordnung hat Relevanz sowohl für die Charakterisierung von MTB-Populationen als auch für die Charakterisierung biogen hergestellter magnetischer Nanopartikel. Für die Realisierung dieses Ziels sind physikalische Arbeitsprinzipien von OPM und MF geeignet auszuwählen, anzupassen und gerätetechnisch umzusetzen. Die Einsatzfähigkeit soll exemplarisch bei der abschließenden Untersuchung von MTB-Populationen demonstriert werden.
Den Kern der Messanordnung stellen die optisch gepumpten Magnetometer dar. Ihr Messprinzip basiert darauf, in der Gasphase befindliche Alkaliatome in einem optischen Pumpprozess zu polarisieren und ihre Wechselwirkung mit dem Magnetfeld B0 zu messen. In dem hier verwendeten Mx-Modus [Bloom, 1962; Alexandrov, 1996; Groeger, 2006] wird mit zirkular polarisiertem Licht gepumpt, wodurch die Spins der Alkaliatome in Ausbreitungsrichtung des Pumplichts ausgerichtet werden. In Folge der Wechselwirkung mit dem vorzugsweise 45° dazu geneigten Messfeld präzedieren die Spins mit der Larmor-Frequenz fL =γ∙B0 um die Feldrichtung. Dabei ist γ das gyromagnetische Verhältnis des verwendeten Alkaliatoms (3.5 kHz/μT für das von uns verwendete Cäsium). Die Präzession der Spins der Atome ist als Modulation des Pumplichts bei der Larmor-Frequenz gut messbar, wenn sie in ihrer Phase synchronisiert sind. Wir werden hierfür ein Magnetfeld, das mit der Larmor-Frequenz oszilliert, das sogenannte B1-Feld, verwenden [Bloom, 1962], weil dies die Möglichkeit bietet, spezielle bei uns entwickelte Rauschminderungsmechanismen einzusetzen (s.u.).

Das Projekt wird gefördert durch die DFG-Sachbeihilfe unter der Nummer SCHU 2845/3-1; AOBJ: 638324.