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Magnetrelaxation

(Translation is coming soon)

Der prinzipielle Ablauf einer MRX-Messung ist im Bild unten dargestellt. Ohne ein externes Magnetfeld zeigen die superparamagnetischen Nanoteilchen kein messbares magnetisches Signal. Legt man ein externes Magnetfeld Hmag an, so richten sich die magnetischen Nanopartikel aus, und die Probe weist ein messbares magnetisches Signal auf. Schaltet man das Magnetfeld wieder ab, so klingt das magnetische Signal der Nanoteilchen wieder auf Null ab. Diese sogenannte Relaxation des magnetischen Signals hängt von der Größe der Nanoteilchen ab. Befindet sich das Nanoteilchen in einer Flüssigkeit, so kann es sich als Ganzes drehen. Dieser Vorgang wird als Brown-Relaxation bezeichnet und ist durch die Brown-Zeitkonstante tB gekennzeichnet. Große Nanoteilchen drehen sich langsam, kleine dagegen schnell. Der zugängliche Bereich von Zeitkonstanten ist durch die Abschaltzeit des Magnetisierungsfeldes sowie die Bandbreite der Sensoren begrenzt. Für unsere Fluxgate-basierten Magnetrelaxometrie-Systeme liegt die untere Grenze bei etwa 300 ms. Insofern tragen kleine Nanoteilchen bei der Magnetrelaxationsmessung  schon sehr schnell nicht mehr zum Signal bei. Kann sich das Nanopartikel jedoch nicht drehen, z.B. durch Einbetten in eine Zuckermatrix oder durch Anbinden an eine Oberfläche bzw. ein großes Target, so kann die interne Magnetisierung superparamagnetischer Partikel hin und her klappen. Dieser Vorgang wird Néel-Relaxation genannt. Die dazugehörige Zeitkonstante tN hängt exponentiell vom Volumen des magnetischen Partikelkerns ab. Sind beide Mechanismen möglich, dominiert der mit der kürzeren Zeitkonstante.


MRX
Ablauf einer Magnetrelaxometrie-Messung


Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Verbundprojektes haben wir einen auf dem Magnetrelaxometrie-Prinzip basierten Magnetic Nanoparticle Analyzer entwickelt. Der Magnetic Nanoparticle Analyzer erlaubt die Messung der Eigenschaften magnetischer Nanoteilchen und die Durchführung biochemischer Analysen mit Hilfe dieser magnetischen Nanoteilchen. Die Verwendung von zwei Fluxgate-Sensoren, deren empfindlichen Achsen senkrecht zum homogenen Magnetisierungsfeld ausgerichtet sind, gestattet die Messung auch in magnetisch schwach geschirmter Umgebung.

MRX AnalyzerFluxgate Anordnung

Magnetic Nanoparticle Analyzer und Schema der Fluxgate-Anordnung.

Der neu entwickelte Magnetic Nanoparticle Analyzer bietet Herstellern und Anwendern die bisher kommerziell noch nicht verfügbare Möglichkeit, Eigenschaften und Qualität magnetischer Nanopartikel für medizinische und bioanalytische Anwendungen reproduzierbar, genau und schnell mit einem einzigen Gerät zu vermessen. Diese Messtechnik ist eine notwendige Voraussetzung für die Qualitätskontrolle und -sicherung beim Einsatz magnetischer Nanoteilchen in Medizin und Bioanalytik.

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