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IBM Forschungsdurchbruch eröffnet der Magnetresonanzbildtechnik MRI den Nanobereich
Signifikanter Fortschritt bei der Bilddarstellung molekularer Strukturen
IBM (NYSE: IBM) hat bekannt gegeben, daß Forscher des IBM Almaden Research Center den Einsatz von Magnetresonanzbildtechnik (Magnetic Resonance Imaging, MRI) zur Visualisierung von Objekten im Nanometer-Bereich vorgeführt haben. Diese Technik macht die MRI-Nutzung zum ersten Mal im Nanobereich verfügbar und ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einem Mikroskop, das einzelne Atome in drei dimensionaler Auflösung "sehen" könnte.
Durch den Einsatz von Magnetresonanzkraft-Mikroskopie (MFRM) haben die IBM Forscher eine zweidimensionale Abbildung von Objekten in einer Größe von nur 90 Nanometern vorgeführt. Dies ist ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg zur dreidimensionalen Abbildung von Objekten im atomaren Größenbereich. Eine solche Bildtechnik könnte ein besseres Verständnis beispielsweise der Funktionsweise von Proteinen fördern. Dies könnte auch zu einer effizienteren Entwicklung von Medikamentenwirkstoffen führen.
MFRM ermöglicht eine Bilddarstellungsempfindlichkeit, die bis zu 60.000 mal besser ist als die gegenwärtiger Magnetresonanz-Bildtechnologie (MRI).
MFRM nützt dabei etwas, das als Force Detection ("Kraftentdeckung") bekannt ist, um die Empfindlichkeitsgrenzen konventioneller MRI zu überwinden. Damit können Strukturen gesehen werden, die andernfalls zu klein für eine Darstellung wären.
Um dieses Ergebnis zu erzielen, haben die Forscher spezielle magnetische Spitzen für ihr Mikroskop entwickelt, und damit dessen Fähigkeit optimiert, den ultraschwachen Magnetismus von Atomkernen zu messen und zu beeinflussen. Konventionelle medizinische MRI arbeitet in einer Größenordnung, die mindestens eintausendmal "gröber" ist; sogar die spezialisierteste MRI-Mikroskopie war bisher limitiert bei einer Auflösung von circa 3 Mikrometern, oder 3000 Nanometern.
Dieses Ergebnis könnte auch einen großen Effekt auf die künftige Untersuchung und Entwicklung von Materialien haben - angefangen von Proteinen über Pharmazeutika bis hin zu integrierten Schaltkreisen. Für die Nutzung vieler Materialien ist ein detailliertes Verständnis ihrer atomaren Struktur essentiell. Die Kenntnis des genauen Aufenthaltsorts bestimmter Atome innerhalb winziger nanoelektronischer Strukturen etwa würde das Wissen um Leistungsfähigkeit und Fertigungsmöglichkeit von Materialien weiter vertiefen. Die Möglichkeit beispielsweise, detaillierte Strukturen von Proteinenmolekülen abbilden zu können, wäre bei der Entwicklung neuer Medikamente hilfreich.
Seit mehr als einem Jahrzehnt haben IBM Forscher wichtige Pionierarbeit bei der MRFM-Technik geleistet. Mit dem jüngsten Durchbruch ist das Team jetzt in der Lage, Bilder mit einer Auflösungsuntergrenze von nur 103 Atomen (ca. 90 Nanometer) aufnehmen zu können. Die erhöhte Auflösung erweitert damit die MRI-Technik in den Nanometer-Bereich. Vom Nanometer-Bereich spricht man üblicherweise bei Größenordnungen unterhalb 100 Nanometer. Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter, das ist eine Länge, in die etwa 5-10 Atome in einer Reihe passen.
Die IBM Forschung hat eine reiche Geschichte hinsichtlich der Entwicklung von Mikroskopen für Bilddarstellung und Wissenschaft im Nanobereich.
Gerd Binnig und Heinrich Rohrer vom Züricher IBM Forschungslabor haben 1986 den Nobelpreis für Physik für ihre Erfindung des Rastertunnelmikroskops erhalten, das individuelle Atome auf elektrisch leitenden Oberflächen darstellen kann.
Der Bericht über die heute vorgestellte Arbeit "Nuclear magnetic resonance imaging with 90-nm resolution,” by H. J. Mamin1, M. Poggio1,2, C. L. Degen1 and D. Rugar1 at IBM Research Division1, Almaden Research Center, San Jose, California and the Center for Probing the Nanoscale, Stanford University2 erscheint in der Ausgabe vom 22. April 2007 der Zeitschrift Nature Nanotechnology. 22.04.2007, IBM Deutschland GmbH (IBM Germany)
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