Panorama

Magnetresonanz für den Labortisch

29.06.2022 - Neuer Sonderforschungsbereich entwickelt Technologie für Industrie und Arztpraxen.

Im SFB HyPERion, den das Karlsruher Instituts für Technologie koordiniert, entwickeln Forschende des KIT und der Universitäten Kaiserslautern, Konstanz und Stuttgart gemeinsam eine Technologie für kompakte Hoch­leistungs-Magnet­resonanz. Diese könnte zukünftig in der chemischen und pharma­zeutischen Industrie, in Arztpraxen oder auch an Grenz­übergängen eingesetzt werden. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft DFG fördert den inter­disziplinären Verbund ab dem 1. Juli 2022 über vier Jahre mit mehr als 10,6 Millionen Euro.

Magnet­resonanz ist die chemisch spezifischste und zugleich vielseitigste Messmethode für detaillierte Infor­mationen über Struktur und Funktion molekularer Materie. Deshalb ist sie die grundlegende Technik für chemische, biologische oder material­wissenschaftliche Charak­terisierungen. Die geringe Empfind­lichkeit und der relativ hohe Spezialisierungs­grad stehen einem flächendeckenden Einsatz aber im Weg. Der Sonder­forschungs­bereich „Kompakte Hochleistungs-Magnet­resonanzsysteme – HyPERiON“ (High Performance Compact Magnetic Resonance) will dies ändern, indem er konventionelle Konzepte entlang der gesamten Signal­verarbeitungs­kette hinterfragt. Ziel ist es, Empfindlichkeit, Belast­barkeit und Anwend­barkeit der Magnet­resonanz gleichermaßen zu verbessern.

Das Team um SFB-Sprecher Jan G. Korvink vom Institut für Mikrostruktur­technik möchte das Volumen von Hoch­leistungs-Magnetresonanz­systemen von zwei Kubikmetern auf die Größe eines Zehn-Liter-Eimers reduzieren – also um mehr als den Faktor 200. Dies würde ihre Anwendung aus dem Labor in chemische und pharma­zeutische Fabriken, Arztpraxen oder etwa an Grenz­übergänge ermöglichen und die Technologie damit universell nutzbar machen. „Letztendlich geht es um die Erforschung neuer und aufregender Anwendungen im Bereich der Chemie, der Biologie bis hin zum Bereich chemischer Verfahrens­technik“ so Korvink.

Um seine Ziele zu erreichen, konzentriert sich der SFB auf die Minia­turisierung sämtlicher an der Magnetresonanz­technik beteiligten Komponenten. Dies sind supra­leitende Magnete, Kühlsysteme, Hochgeschwindig­keitselektronik, Magnetresonanz­sensoren, Geräte für ultraschnelle Daten­übertragung sowie Geräte zur Hyperpolarisation des Kernspins von Materialien und biologischen Proben. „Die Integration all dieser Technologien in eine moderne, tragbare Plattform wird dazu führen, dass wir Anwendungen von gesell­schaftlicher Relevanz vorantreiben können, etwa in der Diagnostik von Krankheiten, beim Einsatz von medizinischen Implan­taten oder bei der Entdeckung von Medikamenten“, erklärt Korvink. Die Beteiligten des SFB gehen davon aus, dass ihre Forschungs­ergebnisse die schnelle und hoch­auflösende Charak­terisierung von Materialien mittels magnetischer Resonanz auch für kleinere Budgets verfügbar machen und insgesamt die Entwicklungen in der Chemie und den Material­wissenschaften vorantreiben werden.

In vielerlei Hinsicht hängt das gesell­schaftliche Wohlergehen entscheidend vom Zugang zu optimalen Materialien ab. Aber die Anforderungen sind komplex und umfassen nicht nur die Funktion des Materials, sondern auch seine Auswirkungen auf unsere Biologie, auf die Umwelt und darauf, wie das Material wieder­gewonnen oder abgebaut werden kann. „Wenn die Material­charakterisierung schnell und hochauflösend für eine sehr große Anzahl von Varianten mit nur winzigen Proben durchgeführt werden kann und wir die Tests auch unter Betriebs­bedingungen durchführen und Abbau­prozesse untersuchen können, dann haben wir die Chance, die besten Ausgangs­materialien zu finden, die unseren Erwartungen entsprechen. Das gilt insbesondere auch im Hinblick auf einen minimalen CO2-Fußabdruck.“ Jan Korvink ist überzeugt: „HyPERiON wird die Möglichkeiten der Material­charakterisierung grundlegend verändern und eine neue Generation von jungen Forschenden sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren in ihrer Anwendung für gesellschaftliche Heraus­forderungen schulen.“

KIT / JOL

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