Kernspintomografie: Forscher erfassen Magnetfeld von Nano-Objekten

Diamantoberfläche: Mit ihr lassen sich winzige Magnetfelder erkennen Zur Großansicht
IBM Research

Diamantoberfläche: Mit ihr lassen sich winzige Magnetfelder erkennen

Die nächste Dimension ist erreicht: Bislang erkennen Kernspintomografen nur Objekte im Körper auf Mikrometerebene. Mittels eines Diamantsensors haben Forscher nun sogar Nanoobjekte bei Raumtemperatur aufgenommen. Ob die Technik auch für die Klinik taugt, muss sich noch zeigen.

Hamburg/Stuttgart - Bildgebende Verfahren sind fester Bestandteil der Medizin. Kernspintomografen können bislang jedoch nur Objekte beobachten, die größer sind als ein paar Mikrometer. Mit einem speziell präparierten Diamantsensor haben Stuttgarter Forscher und ein Team aus den USA nun wenige Kubiknanometer kleine Objekte nachgewiesen - das entspricht in etwa dem Volumen großer Biomoleküle. Bislang testeten die Wissenschaftler allerdings nur Substanzen, die sich im Gegensatz zu Molekülen im Körper nicht bewegen.

Die Forscher haben verschiedene Techniken kombiniert, um das sogenannte Grundrauschen in den Aufnahmen von Kernspintomografen zu unterdrücken, berichten sie im Fachmagazin "Science". Als Magnetfeldsensor verwendeten sie einen speziell präparierten Diamant-Nanokristall und konnten so Objekte von einigen Kubiknanometern erfassen - bei Raumtemperatur.

Kernspintomografen nehmen Prozesse im Körper auf, indem sie winzige Magnetfelder von Atomkernen verfolgen, die über ein elektromagnetisches Feld angeregt werden. Allerdings wird dieses Signal bei Objekten, die kleiner sind als einige Mikrometer, zu klein. Es geht im Grundrauschen unter.

Mit dem Diamant-Nanokristall haben die Forscher Signale von Plexiglas oder Öl beobachtet, die auf einem Diamanten lagen. Messbar seien nur winzige Volumina mit einer Kantenlänge von fünf Nanometer. Das Team arbeite derzeit aber daran, die Objekte zu bewegen, damit die einzelnen Messpunkte zu größeren Flächen zusammengefügt werden können, sagt Friedemann Reinhard von der Universität Stuttgart. "Das ist der nächste größere Schritt."

Seit langem hoffen Forscher, die Kernspintomografen-Technik auf den Nanokosmos zu erweitern, um damit einzelne Moleküle und deren Dynamik beobachten zu können. Bislang konnten sie aber nur im Labor bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt - also bei etwa -273 Grad Celsius - solch eine Auflösung erreichen.

Dass solch winzige Teilchen nun auch bei Raumtemperatur erfassbar sind, könnte künftig ermöglichen, chemischen Katalysatoren bei der Arbeit zuzusehen und die Dynamik von Biomolekülen in lebenden Zellen zu verfolgen, etwa das Falten von Proteinen, schreiben die Wissenschaftler. Sie halten es sogar für möglich, dass sich mit einer weiteren Verbesserung der Empfindlichkeit einmal einzelne Atome nachweisen lassen.

jme/dpa

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