Zwei Lenz-Linsen in einem Helmholtz-Spulenpaar angeordnet. Die Simulation zeigt, wie die Lenz-Linsen den magnetischen Fluss räumlich fokussieren.
Nils Spengler/KIT
Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, die Empfindlichkeit von NMR-Messungen auf kleinstem Raum zu steigern. Die Forscher nutzen dazu sogenannte Lenz-Linsen, die den magnetischen Fluss fokussieren. Über ihre Arbeit berichten sie in der Zeitschrift Plos One.
Der physikalische Effekt der NMR ermöglicht es, molekulare Eigenschaften von Materie zu untersuchen. Dabei befindet sich die Probe in einem starken konstanten Magnetfeld und wird mit einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld bestrahlt. Sowohl die Magnetresonanztomografie (MRT), ein bildgebendes Verfahren in der medizinischen Diagnostik zur Darstellung der Struktur und Funktion von Geweben und Organen, als auch die NMR-Spektroskopie, ein Verfahren zur Analyse der Struktur und Dynamik von Molekülen in Biologie, Biochemie, Chemie, Physik und Materialwissenschaften, basieren auf der Kernspinresonanz.
Lenz-Linsen fokussieren magnetischen Fluss
Allerdings steht die Forschung vor der Herausforderung, das Signal-Rausch-Verhältnis stetig zu verbessern und so die Sensitivität der NMR-Messungen zu steigern. 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 nun eine neue Methode zur Steigerung der Sensitivität auf engstem Raum entwickelt: Sie nutzen magnetische Linsen, sogenannte 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 dem Physiker Emil Lenz veröffentlichten Regel über die magnetische Flussänderung – lässt sich der magnetische Fluss des Wechselfelds nicht nur fokussieren, sondern auch umleiten oder umformen.