Nanotechnologie wird mit beschleunigtem NanoMRI-Prozess aufgerüstet; Kommerzielle Nutzung rückt näher
Nanotechnologie wird mit beschleunigtem NanoMRI-Prozess aufgerüstet; Kommerzielle Nutzung rückt näher
Anonim

Wie betrachten Sie nanoskalige Materialien wie Viren und Zellen aus der Nähe und in der Tiefe? Sie verwenden natürlich ein nanoMRT. Nun haben Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich den nanoMRI-Messprozess beschleunigt und die Technologie damit der breiten kommerziellen Nutzung einen Schritt näher gebracht.

Die Herstellung von Bildern von Objekten in Nanogröße mit nahezu atomarer Auflösung ist enorm schwierig. Noch wichtiger ist, dass der Prozess Zeit braucht. Ein einzelner nanoMRT-Scan dauert nicht Stunden, nicht Tage, sondern Wochen.

Im Allgemeinen funktioniert die Magnetresonanztomographie, indem sie die Tatsache ausnutzt, dass bestimmte Atome Kerne haben, die wie winzige sich drehende Magnete wirken. Bringt man diese Atome in ein Magnetfeld, drehen sie sich um die Achse des Feldes, so wie sich ein Kreisel dreht, wenn er nicht perfekt ausbalanciert und schief steht. Diese Rotation wird Präzession genannt und geschieht mit einer genauen Frequenz, die als Larmor-Frequenz bekannt ist.

Die Larmor-Frequenz hängt sowohl von der Art des Atoms als auch von der allgemeinen Stärke des Magnetfelds ab. Um ein Bild zu erstellen, bewertet ein MRT also im Wesentlichen die Positionen der Atome anhand der Frequenzen, bei denen sie präzedieren.

„Wenn man sich ein klinisches MRT-Bild ansieht, sieht man helle Pixel bei hoher Atomdichte und dunkle Pixel bei niedriger Dichte“, Dr. Alexander Eichler, Postdoc am Departement Physik des Eidgenössischen Instituts of Technology, heißt es in einer Pressemitteilung.

Bei der Nano-MRT ist die magnetische Stärke von Nanomaterialien jedoch äußerst gering und die erforderliche Empfindlichkeit der Technologie „mindestens eine Billiarde Mal besser“, erklärte Eichler. Dies machte es notwendig, Informationen in Nanogröße sequentiell zu messen – ein Bit nach dem anderen, ein zeitaufwändiger Prozess.

Aber was wäre, wenn Sie die notwendigen Informationen gleichzeitig messen könnten?

Eine solche parallele Messung oder Multiplexierung würde es erfordern, unterscheiden zu können, wo jedes Bit der Magnetfeldinformation im endgültigen Bild hingehört. Während verschiedene Strategien vorgeschlagen wurden, hat das Forschungsteam in Zürich eine Technik entwickelt, die ein Gerät zur Magnetresonanzkraftmikroskopie (MRFM) verwendet.

Aufbau der Magnetresonanzkraftmikroskopie

Dabei erfahren die Atomkerne eine winzige magnetische Kraft, die auf einen Cantilever übertragen wird, der als mechanischer Detektor fungiert. Als Reaktion auf die Kraft vibriert der Ausleger und dann kann wiederum ein Bild aus der gemessenen Schwingung zusammengesetzt werden.

Mit der neuen Technik kann ein Scan, der normalerweise zwei Wochen dauert, jetzt innerhalb von zwei Tagen erfolgen. Nachdem dieses große Hindernis der hochauflösenden NanoMRT überwunden wurde, bringt uns die neue Forschung „der kommerziellen Umsetzung der NanoMRT näher“, schloss Eichler. Diese Technologie wiederum wird Wissenschaftlern einen genaueren Blick auf Zellen und Viren ermöglichen und ihnen helfen, ihre Arbeit an neuen Medikamenten und Impfstoffen voranzutreiben.

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