Hohe Sensitivität auf engem Raum

  • 04. September 2017

Erstmals Lenz-Linsen für Messungen der nuklearen magne­tischen Reso­nanz ver­wendet.

In vielen Bereichen von den Materialwissenschaften bis zur Medizin ermöglicht nukleare magne­tische Resonanz, kurz NMR, detail­lierte molekül­spezi­fische Unter­suchungen. Am Karls­ruher Institut für Techno­logie ist es Forschern jetzt gelungen, die Empfind­lich­keit von NMR-Messungen auf kleinstem Raum zu steigern. Die Wissen­schaftler nutzen dazu Lenz-Linsen, die den magne­tischen Fluss fokus­sieren.

Lenz-Linsen

Abb.: Zwei Lenz-Linsen in einem Helmholtz-Spulen­paar ange­ordnet. Die Simu­la­tion zeigt, wie die Lenz-Linsen den magne­tischen Fluss räum­lich fokus­sieren. (Bild: N. Spengler, KIT)



Bei NMR-Messungen befindet sich die Probe in einem starken konstanten Magnet­feld und wird mit einem hoch­frequenten magne­tischen Wechsel­feld bestrahlt. Sowohl die Magnet­resonanz­tomo­graphie als auch die NMR-Spektro­skopie basieren auf der Kern­spin­resonanz. Aller­dings steht die Forschung vor der Heraus­forderung, das ungünstige Signal-Rausch-Ver­hältnis stetig zu ver­bessern und so die Sensi­ti­vität der NMR-Messungen zu steigern. „Eine hohe Sensi­ti­vität ist vor allem dann unab­ding­bar, wenn wir es mit massen- und volumen­be­grenzten Methoden zu tun haben oder wenn eine hohe räum­liche Auf­lösung gefor­dert ist“, erklärt Jan Gerrit Korvink vom KIT.

Bei NMR-Messungen an kleinen Proben haben sich miniaturisierte Hoch­frequenz­spulen zur Erzeu­gung und zum Empfang des magne­tischen Wechsel­felds bewährt. Für mobile Anwen­dungen und zur weiteren Minia­turi­sierung hat ein inter­natio­nales Forscher­team jetzt eine neue Methode zur Steige­rung der Sensi­ti­vität auf engstem Raum ent­wickelt: Sie nutzen Lenz-Linsen, um den magne­tischen Fluss einer makro­sko­pischen Hoch­frequenz­spule auf ein kleineres Volumen zu fokus­sieren und die Empfind­lich­keit lokal zu erhöhen. Mit diesen Linsen – benannt nach der von Emil Lenz veröf­fent­lichten Regel über die magne­tische Fluss­änderung – lässt sich der magne­tische Fluss des Wechsel­felds nicht nur fokus­sieren, sondern auch um­leiten oder um­formen. Ihre Wirkung lässt sich inso­fern mit der von optischen Linsen auf Licht­strahlen ver­gleichen. Der Wechsel des Magnet­felds indu­ziert einen Strom in die Lenz-Linsen, die aus Metall­platten oder -drähten in symme­tri­scher oder asymme­tri­scher Anord­nung bestehen. Die Form der Linsen lenkt die indu­zierten Ströme so, dass eine Fokus­sierung des Magnet­felds bewirkt wird.

Mit Lenz-Linsen lässt sich die Empfindlichkeit der Messungen in eng begrenzten Räumen, in die konven­tionelle NMR-Systeme nicht hinein­passen, deut­lich steigern. Die Linsen funktio­nieren zudem bei belie­biger Feld­stärke. Unter anderem können ver­schie­dene medi­zi­nische Anwen­dungen vom Einsatz der Lenz-Linsen profi­tieren, so Korvink: „Da die Linsen nicht ver­drahtet sind, eignen sie sich besonders gut für Implan­tations­anwen­dungen.“ Denk­bar ist beispiels­weise die Anwen­dung in Hirn­implan­taten, bei denen die Heilung des Gewebes über längere Zeit mit hoher Auf­lösung beob­achtet werden muss, oder auch auf Pflastern zur Beob­achtung von Haut­krebs. Derzeit erschließen die Forscher weitere Anwen­dungs­möglich­keiten, unter anderem in der Elektro­technik.

KIT / RK

Share |

Newsletter

Haben Sie Interesse am kostenlosen wöchentlichen oder monatlichen pro-physik.de-Newsletter? Zum Abonnement geht es hier.

COMSOL NEWS 2018

COMSOL Days

Lesen Sie, wie Ingenieure in einer Vielzahl von Branchen präzise digitale Prototypen erstellen, um die Grenzen der Technologie zu überschreiten und den Bedarf an physischen Prototypen zu reduzieren, sowie Simulationsanwendungen zu erstellen, mit denen Kollegen und Kunden weltweit neue Ideen testen können.

comsol.de/c/7bzn

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer