Neue Dimension der Mikroskopie auf Basis von Quantensensoren

Magnetresonanztomographen (MRT) sind in der medizinischen Bildgebung weit verbreitet, um detaillierte Aufnahmen von Organen und Geweben zu erstellen. Ein Forschungsteam der TUM hat diese Technologie weiterentwickelt und die Kernspin-Mikroskopie vorgestellt. Die im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie beschreibt eine Methode, bei der Quantensensoren Magnetresonanzsignale in Lichtimpulse umwandeln. Diese Signale können dann optisch erfasst und in hochaufgelöste Bilder umgewandelt werden. 

„Die verwendeten Quantensensoren ermöglichen es, Magnetresonanzsignale in optische Signale umzuwandeln. Diese Signale werden mit einer Kamera erfasst und als Bilder dargestellt“, erklärt Dominik Bucher, Professor für Quantensensorik und Forscher am Exzellenzcluster Munich Center for Quantum Science and Technology. 

Das Herzstück der neuen Mikroskopie-Technik ist ein speziell präparierter Diamantchip. Dieser winzige Chip dient als hochempfindlicher Quantensensor für Magnetfelder. Wird er mit Laserlicht bestrahlt, erzeugt er ein fluoreszierendes Signal, das die Informationen des MRT-Signals enthält. Eine Hochgeschwindigkeitskamera erfasst diese Signale und erstellt daraus mikroskopisch detaillierte Bilder. 

Mit einer Auflösung von bis zu zehn Millionstel Metern (10 Nanometer) eröffnet die Kernspin-Mikroskopie völlig neue Möglichkeiten: Selbst einzelne Zellstrukturen können sichtbar gemacht werden, was die Forschung in zahlreichen Disziplinen vorantreiben könnte. 

Die Technik könnte in verschiedenen Bereichen entscheidende Fortschritte ermöglichen: 

• Krebsforschung: Einzelne Krebszellen könnten detailliert untersucht werden, um neue Erkenntnisse über Tumorwachstum und -ausbreitung zu gewinnen. 

• Pharmaforschung: Wirkstoffe können auf molekularer Ebene analysiert und optimiert werden, um gezieltere Therapien zu entwickeln. 

• Materialwissenschaften: Die Analyse von chemischen Strukturen, z. B. in Dünnschichtmaterialien oder Katalysatoren, könnte präzisere Forschungsergebnisse liefern. 

Das Forschungsteam hat die Technologie zum Patent angemeldet und arbeitet daran, die Kernspin-Mikroskopie weiter zu verbessern. „Die Verschmelzung von Quantenphysik und Bildgebung eröffnet völlig neue Möglichkeiten, um die Welt auf molekularer Ebene zu verstehen“, betont Erstautor Karl D. Briegel. 

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität München