Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

  Institut für Biometrie und Medizinische Informatik
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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AG Hyperpolarisation

Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Markus Plaumann
  Dipl.-Phys. Thomas Trantzschel

Forschungsgruppe für Hyperpolarisation


 

Signalverstärkung durch parawasserstoffinduzierte Hyperpolarisation

Die Magnetresonanz wird als spektroskopisches oder bildgebendes Verfahren in sehr vielen wissenschaftlichen, technischen und biomedizinischen Untersuchungen verwendet. Dabei wird bezüglich der Sensitivität der Methode fast immer nur ein Bruchteil des Möglichen genutzt. Dies ist in der thermischen Limitierung des Besetzungsunterschiedes der Zeeman-Niveaus begründet. Selbst bei starken Magnetfeldern um 10 T ist die resultierende Polarisation lediglich im Bereich von 10-5. Hyperpolarisationstechniken wie Optisches Pumpen, Dynamic Nuclear Polarization (DNP) und Parahydrogen Induced Polarization (PHIP) erhöhen diese Polarisation respektive das MR-Signal signifikant.

In Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Neurobiologie, der TU Darmstadt und der Universität Bonn nutzen wir PHIP, um die MR-Signale von den Heterokernen 19F und 13C zu erhöhen und daraus neue Anwendungen für die Bildgebung zu entwickeln.

Parawasserstoff  ist der Singulett-Zustand des molekularen Wasserstoffs und wird bei sehr tiefen Temperaturen und mit Hilfe von Aktivkohle angereichert. Durch Hydrierung an eine ungesättigte Bindung wird der MR-unsichtbare para-H2 in ein AX-System überführt, in dem nur Zustände entsprechender Symmetrie besetzt sind. Die hohe Spinordnung des angereicherten para-H2 wird also in einen (nicht thermischen) Besetzungsunterschied der Zeeman-Niveaus der beiden Protonen überführt, woraus erhöhte MR-Signale resultieren.

Hydrierung
 

Die Polarisation kann außerdem auf andere MR-aktive Kerne im Spinsystem, wie z.B. auf Fluor übertragen werden. Durch die erhöhten Signale können dann kleinere Menge von Substrat nachgewiesen bzw. schnellere Messungen durchgeführt werden.Eine mögliche Anwendung ist die Entwicklung hochspezifischer Kontrastmittel. Durch die hohen Signalverstärkungen können geringe Mengen von 19F- bzw. 13C-basierten Substanzen im MRT detektiert werden. Da diese Kerne kaum biologisches vorkommen aufweisen, heben sich die Signale stark vom Hintergrund ab und können zusätzlich mit 1H-basierten anatomischen Daten überlagert werden.  So gelang z.B. der Nachweis von hyperpolarisiertem 3-Fluorostyrene bei einer Konzentration von 5 mmol l-1 in 466 ms.

PhipBild
 

 

Letzte Änderung: 21.07.2015 - Ansprechpartner: Webmaster
 
 
 
 
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