Mikro-Hallmagnetometrie an magnetischen Bakterien

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	26 October 2011
Referee:	Prof. Dr. Dieter Weiss
Date of exam:	27 October 2010
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Weiss > Group Dieter Weiss
Keywords:	Mikro-Hallmagnetometrie, Magnetische Bakterien, Streufeldhysterese, Magnetosome, Micro-hall-magnetometry, Magnetic Bacteria, stray field hysteresis, magnetosomes
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	22359

Abstract (German)

In dieser vorliegenden Arbeit wurde die bei anorganischen Mikromagneten erfolgreich angewandte Methode der Mikro-Hallmagnetometrie auf biologische Anwendungen erweitert. Einzelne Ketten von eindomänigen Magnetitkristallen aus Magnetischen Bakterien vom Stamm Magnetospirillum magnetotacticum wurden mit verschiedenen physikalischen Verfahren untersucht. Die Ermittlung von Hysterese-Kurven ...

Abstract (German)

In dieser vorliegenden Arbeit wurde die bei anorganischen Mikromagneten erfolgreich angewandte Methode der Mikro-Hallmagnetometrie auf biologische Anwendungen erweitert. Einzelne Ketten von eindomänigen Magnetitkristallen aus Magnetischen Bakterien vom Stamm Magnetospirillum magnetotacticum wurden mit verschiedenen physikalischen Verfahren untersucht. Die Ermittlung von Hysterese-Kurven einzelner Magnetosomenketten durch die Messung des Streufeldes auf Basis der Mikro-Hallmagnetometrie lassen dabei erste Rückschlüsse auf das mikromagnetische Ummagnetisierungsverhalten biogener Magnetitketten zu.
Die Schaltfelder und Schaltbereiche, die durch mikromagnetische Simulationen für einzelne Magnetosomenketten ermittelt wurden, konnten in der Messung bestätigt werden. Einflüsse durch Kettenanomalien auf das Streufeld und damit auf das magnetische Signal werden ebenfalls betrachtet. Das Umschalten der Ketten beginnt durch Schalten einzelner Randmagnetosome im typischen Feldbereich von 370 bis 400 Oe bis hin zu knapp 50 Oe. Danach kommt es zu einem abrupten Umschalten der restlichen Magnetosome der Kette. Die Adhäsion der Mikroorganismen auf dem Halbleiter, der effektive Schutz der Halbleiteroberfläche auf Basis von selbstassemblierenden Thiolmonolagen und die exakte Positionierung der magnetischen Proben auf dem Sensor mit Hilfe elektronenlithografischer Methoden bildeten weitere Schwerpunkte der Arbeit. Die vorgestellten Messungen der Streufeldhysteresen einzelner Magnetosomenketten demonstrieren dabei das hohe Auflösungsvermögen der Mikro-Hallmagnetometrie.

Translation of the abstract (English)

The method of micro-hall-magnetometry yet used for anorganic micro magnets, was extended to biological applications for the first time. Chains of biogenic single domain crystals of Magnetite from Magnetospirillum magnetotacticum bacteria were analyzed by different physical methods. Hysteresis loops of single magnetosome chains measured by micro-hall-magnetometry, demonstrate details of the micro ...

Translation of the abstract (English)

The method of micro-hall-magnetometry yet used for anorganic micro magnets, was extended to biological applications for the first time. Chains of biogenic single domain crystals of Magnetite from Magnetospirillum magnetotacticum bacteria were analyzed by different physical methods. Hysteresis loops of single magnetosome chains measured by micro-hall-magnetometry, demonstrate details of the micro magnetic behaviour. The switching fields, determined by micro magnetic simulations, could be confirmed in the micro-hall-measurements. Influences of chain anomalies on the micro magnetic behaviour are also presented.
Switching of a typical chain starts in a field range of 370 Oe to 400 Oe. After that the magnetisation reversal is completed by the switching of the rest of the chain. Adhesion of bacteria on the semiconductor, the effective protection of the semiconductor surface against biological detergents realized by self assembled thiol monolayers, combined with a thin metallic gate structure and the exact positioning of the magnetic samples achieved by electron lithography, are discussed in detail. Besides the successfull measurement of stray field hysteresis loops of single magnetosome chains demonstrate the high resolution of micro-hall-magnetometry.

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