Nanodiamantes: Sensores magnéticos ultra-precisos para aplicaciones biomédicas y cuánticas

Nanodiamantes
Los nanodiamantes son partículas con estructura de diamante menores de 10 nm, formadas como residuo cuando TNT o Hexógeno detonan en entorno confinado. Su resistencia mecánica excepcional, claridad óptica, alta área superficial y química de superficie ajustable los hacen ideales para un amplio espectro de aplicaciones, desde tribología y administración de fármacos hasta bio-imagen e ingeniería tisular. Al ser no tóxicos y poder imitar proteínas, los nanodiamantes también se usan como rellenos en nanocompuestos y en industrias de alto rendimiento como aeroespacial, mecanizado de precisión, óptica, fabricación automotriz y lubricantes avanzados.

Medición de campos magnéticos
Investigadores de la Universidad de California, Santa Barbara han sido pioneros en un enfoque de resonancia de espín electrónico (ESR) que acopla nanodiamantes con láseres para cuantificar campos magnéticos locales en medios líquidos.

Técnica
El método explota los centros de vacancia-nitrógeno (NV) en nanodiamantes. Un haz láser fuertemente enfocado forma una pinza óptica que atrae las partículas dieléctricas a su punto focal, levitando y atrapándolas sin contacto físico. Al trasladar el foco láser a través del fluido, las partículas pueden posicionarse con precisión nanométrica. Medidas ESR luego sondean la estructura de niveles de energía de los centros NV vía efecto Zeeman, revelando el campo magnético circundante con alta sensibilidad.

Usos
Esta plataforma de sensores totalmente óptica y sin cables puede monitorizar diversos fenómenos, incluyendo procesos intracelulares, celdas electroquímicas, catálisis de superficie y membranas lipídicas. También ofrece la posibilidad de visualizar campos electromagnéticos alrededor de neuronas y otras estructuras biológicas difíciles de sondear con técnicas convencionales. Gracias a sus largos tiempos de coherencia de espín incluso a temperatura ambiente, los centros NV sirven como sondas cuánticas fiables, permitiendo lecturas repetidas y re-inicialización. Los nanodiamantes pueden posicionarse en cualquier lugar dentro de una muestra, rastrearse y etiquetarse, abriendo nuevas avenidas en investigación biofísica sub-micrónica.