In herkömmlichen NMR-Experimenten stammt das Signal und damit die Information aus dem gesamten Probenvolumen. Ortsaufgelöste Studien sind möglich, wenn Magnetfelder mit einem Gradienten zum Einsatz kommen. Unter solchen Bedingungen variiert über die Probe hinweg nicht nur die Stärke des magnetischen Felds, sondern auch die Larmor-Frequenz der kernmagnetischen Momente. Nur in einem bestimmten räumlichen Bereich ist somit die zur Erzeugung des Signals notwendige Resonanzbedingung für die Übergänge zwischen den Zeeman-Niveaus erfüllt. Einzelne Bereiche können folglich gezielt adressiert werden. Die Hauptanwendung dieses Effekts sind MRT-Aufnahmen in der medizinischen Diagnostik. Für die Entwicklung der MRT-Methode erhielten P. Lauterbur and P. Mansfield im Jahr 2003 den Nobelpreis für Medizin. Wir verwenden Magnetfeldgradienten für ortsaufgelöste Untersuchungen strukturell oder dynamisch inhomogener Materialien.
In der klinischen Anwendung, werden die magnetischen Feldgradienten in Form von geeigneten Pulsen angelegt, um 3D Bilder zu generieren. Dabei liegt die räumliche Auflösung von Magnetresonanz-Tomographen typischerweise im Bereich von Millimetern. Wir verwenden deutlich stärkere statische Magnetfeldgradienten und entwickeln Aufbauten zur präzisen Probenpositionierung. Dies erlaubt es uns, sehr hohe 1D-Auflösungen von ca. 2 Mikrometern zu erreichen. Dadurch können wir bestimmte Bereiche in der Probe gezielt ansprechen, um z.B. strukturelle und dynamische Eigenschaften an inneren Grenzflächen zu erforschen. Diese Möglichkeit nutzen wir u.a. im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs, um Konzentrationsgradienten in verdampfenden Flüssigkeitstropfen zu messen, die von großer Bedeutung für viele technologische Prozesse sind, nicht zuletzt das Drucken.
Publikationen:
- B. Kresse et al., “One Dimensional Magnetic Resonance Microscopy with Micrometer Resolution in Static Field Gradients,” Journal of Magnetic Resonance 307 (October 2019): 106566, https://doi.org/10.1016/j.jmr.2019.106566.