Präziser Sensor für Nanomagnete

  • 08. February 2018

Neue Empfangsspule verbessert diag­nostische Bildgebungs­verfahren.

Die Physika­lisch-Tech­nische Bundes­anstalt PTB hat in einer Industrie­kooperation eine optimierte Empfangs­spule für die Magnetpartikel­bildgebung (MPI) entwickelt. Die neue Spule verbessert die Sensi­tivität deutlich, sodass sich jetzt bereits wenige Nanogramm magne­tischer Nano­partikel detektieren lassen. Magne­tische Nano­partikel weisen besondere magne­tische Eigenschaften auf, die in einer Vielzahl biomedi­zinischer Anwen­dungen zur Therapie und Diag­nostik nutzbar gemacht werden. Beispiele dafür sind Zell- oder Medikamenten­verfolgung innerhalb des Körpers.

Abb.: Verteilung der magnetischen Nanopartikel unterschiedlicher Mengen, gemessen mit einem konventionellen (o.) und dem optimierten Sensorsystem. (u. Bild: PTB)

Abb.: Verteilung der magnetischen Nanopartikel unterschiedlicher Mengen, gemessen mit einem konventionellen (o.) und dem optimierten Sensorsystem. (u. Bild: PTB)

Die Oberfläche der Nano­teilchen kann so modi­fiziert werden, dass sich die Partikel an bestimmte Zellen binden. Die magne­tischen Eigen­schaften dieser Partikel ermög­licht eine nicht-invasive Inter­aktion dieser Partikel, die auf verschie­dene Arten genutzt werden kann. Eine dieser Möglich­keiten ist die Magnetpartikel­bildgebung, eine strahlen­lose diag­nostische Methode. Nachdem solche Nano­partikel in den Körper einge­bracht worden sind, können sie mithilfe von magne­tischen Wechsel­feldern angeregt werden. Aus dem gemessenen Signal lässt sich die Verteilung der Nano­partikel millimeter­genau rekon­struieren. Ein großer Vorteil im Vergleich zu anderen bild­gebenden Verfahren ist, dass die Nano­partikel nicht nur darge­stellt, sondern auch an jedem Bildpunkt quanti­fiziert werden können. Darüber hinaus sind dynamische Aufnahmen mit einer hohen zeitlichen Auflösung von bis zu 21 Milli­sekunden möglich.

Ent­scheidend für die meisten Anwendungs­gebiete ist die Frage, wie sensitiv das System kleinste Mengen magne­tischer Nano­partikel detektiert. Dabei spielt wiederum der Sensor eine maßgeb­liche Rolle. Die PTB Berlin hat in Kooperation mit Bruker BioSpin MRI GmbH die neue Empfangs­spule für MPI entwickelt, die eine verbes­serte Signal­aufnahme gewährleistet. Um sie zu charak­terisieren, wurde ein Prototyp am eigenen MPI-Scanner im Virchow-Klinikum in Berlin instal­liert und vermessen. Im direkten Vergleich mit der vor­herigen Transmit-Receive-Hardware ist die neue Receive-only-Empfangs­spule viermal empfind­licher und bietet eine verbesserte Unter­drückung von Störsignalen. Damit lassen sich Nano­partikel­mengen von wenigen Nano­gramm detektieren; die Nachweis­grenze wurde also um eine Größen­ordnung verbessert.

PTB / JOL

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