Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fünf Millionen für die Weiterentwicklung der Magnetresonanztomographie dank Nanodiamanten

23.12.2015

Eine von der Uni Ulm aus koordinierte Forschergruppe hat im Zuge des EU-Projekts HYPERDIAMOND 5 Millionen Euro für vier Jahre eingeworben (Ulmer Anteil rund 1,6 Millionen Euro). Mit Quantentechnologie will die Gruppe um Professor Martin Plenio die Magnetresonanztomographie verbessern. Eine wichtige Rolle spielen dabei hyperpolarisierte, nanometergroße Diamanten. Diese sollen in einem MRT-Scanner ein milliardenfach stärkeres Signal erzeugen. So lassen sich eventuell schon bald Stoffwechselprozesse detailliert verfolgen. Diese kostengünstige Technologie ist für Forschung und Medikamentenentwicklung gleichermaßen interessant.

Schon jetzt ermöglicht die Magnetresonanztomographie (MRT) eine erstaunlich genaue Darstellung von inneren Organen und Geweben ohne Strahlenbelastung. Dank Quantentechnologie lassen sich eventuell schon bald Stoffwechselprozesse, die etwa den Erfolg einer Krebstherapie anzeigen, detailliert verfolgen und quantifizieren.


MRT-Gerät an der Universitätsklinik Ulm

Foto: Grandel/Uniklinik Ulm

Diese Weiterentwicklung, bei der hyperpolarisierte, nanometergroße Diamanten eine wichtige Rolle spielen, ist für Diagnostik, Forschung und Medikamentenentwicklung gleichermaßen interessant. Im Zuge des EU-Projekts HYPERDIAMOND haben Forscher um die Ulmer Professoren Martin Plenio, Tanja Weil, Fedor Jelezko und Volker Rasche nun rund fünf Millionen Euro für vier Jahre eingeworben – in dem hochselektiven Verfahren waren nur zwei Prozent der Anträge erfolgreich.

Ab Januar will die Gruppe vor allem ein Gerät entwickeln, das die chemisch funktionalisierte Polarisation von Nanodiamanten ermöglicht. Diese sollen in einem MRT-Scanner ein milliardenfach stärkeres Signal erzeugen.

Die Stärke des MRT-Signals wird durch die Polarisation von Kernspins im Körper bestimmt, die wiederum durch hochleistungsfähige Magnete in entsprechenden Scannern erreicht wird. Dank der so genannten Hyperpolarisation – darunter versteht man die geordnete Ausrichtung von Kernspins – lässt sich die Empfindlichkeit der Magnetresonanztomographie noch einmal um das 10 000-fache steigern.

Solche hochleistungsfähigen Verfahren, die schon heute bei der Einschätzung von Tumoren eingesetzt werden, sind allerdings zeitaufwändig, teuer und funktionieren nur bei tiefen Temperaturen. Ein neuer Ansatz aus Ulm will diese Nachteile dank Quantentechnologie umgehen.

Eine wichtige Rolle spielen dabei extrem reine, künstliche Diamanten: In ihren Stickstofffehlstellenzentren kann der Elektronenspin mittels Laserlicht polarisiert werden. Nun wollen die Forscher diese Polarisation mithilfe von Mikrowellenstrahlung auf Kernspins in Diamanten oder in externe Moleküle übertragen, um sie zu hyperpolarisieren. So soll die effiziente Darstellung molekularer Prozesse bei hoher räumlicher Auflösung möglich werden.

Im Physiklabor konnten Professor Fedor Jelezko, Leiter des Instituts für Quantenoptik, und Professor Martin Plenio (Leiter Institut für Theoretische Physik) diese Hyperpolarisation bereits erzeugen und nachweisen. Inzwischen haben die Wissenschaftler ihre Idee zum Patent angemeldet und wollen sie in die Anwendung tragen. Das neue Verfahren zur Hyperpolarisation ist übrigens ein unerwartetes Nebenprodukt des Projekts BioQ, in dem Plenio, Jelezko und Weil quantentechnologische Anwendungen in der Sensorik, Messtechnik und Bildgebung entwickeln – gefördert durch einen Synergy Grant des Europäischen Forschungsrats über 10,3 Millionen Euro.

In naher Zukunft will die interdisziplinäre Forschergruppe aus den Bereichen Quantenphysik, Materialwissenschaften, bioorganische Chemie sowie medizinische Bildgebung zwei Neuheiten im Bereich Hyperpolarisation entwickeln und auf den Markt bringen. Der „Diamond Hyperpolarizer“ soll eine kosten- und zeitsparende Lösung auf Basis von Nanodiamanten bieten: Das teure Kryostat und die supraleitenden Magnete, die aktuell zum Standard gehören, werden durch einen günstigen Diodenlaser und ein Mikrowellenresonator-System ersetzt.

„Letztlich kann die Hyperpolarisation bei Raumtemperatur innerhalb weniger Minuten anstatt 60 bis 90 Minuten durchgeführt werden“, sagen die Forscher. Dazu kommt zweitens die Entwicklung hyperpolarisierter Nanodiamanten, die – zum Beispiel an Antikörper und Signalpeptide geheftet – als Marker für MRT-Scanner eingesetzt werden können.

So könnte eine Empfindlichkeit erreicht werden, die dem teuren „Goldstandardverfahren“ Positronen-Emissions-Tomographie (PET) in nichts nachsteht. Da die Nanodiamanten für viele Minuten im Zustand der Hyperpolarisation verbleiben, ist eine längere Beobachtung molekularer Prozesse möglich. Radiologen könnten zum Beispiel die Aufnahme von Antikörpern in Krebszellen engmaschig und hochselektiv beobachten.

„Die geringeren Kosten und Anforderungen an die Infrastruktur sind klare Pluspunkte unserer Technologie und werden neuartige Experimente ermöglichen – zum Beispiel in der Medikamentenentwicklung. Auf längere Sicht kann unser Verfahren zur weiteren Verbreitung der hyperpolarisierten Bildgebung in der Krankenversorgung beitragen“, erklärt Projektkoordinator Professor Martin Plenio.

Die Ulmer Wissenschaftler, zu denen auch Professorin Tanja Weil (Leiterin Institut für Organische Chemie III) und der Spezialist für bildgebende Verfahren, Professor Volker Rasche von der Universitätsklinik für Innere Medizin II, zählen, haben mit der Hebrew University of Jerusalem, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Austrian Institute of Technology sowie der Universität Tours starke universitäre Partner an ihrer Seite.

Dazu kommen die Industrievertreter van Moppes und Kanfit Ltd im Bereich der Diamant- und der Magnetentwicklung sowie das unter Beteiligung von Jelezko und Plenio gegründete Startup „NVision Imaging Technologies“, mit denen der Sprung in die Anwendung gelingen soll. Der Anteil der Uni Ulm an HYPERDIAMOND beträgt fast 1,6 Millionen Euro.

„Diese innovativen interdisziplinären Aktivitäten erfolgreicher Ulmer Wissenschaftler sind ein hervorragendes Beispiel, wie hochwertige Technologien aus der Wissenschaft in medizinische Anwendungen umgesetzt werden können. Durch zielgerichteten Technologietransfer kann ein deutlicher Mehrwert für die Krankenversorgung geschaffen werden. Gleichzeitig profitiert der Schwerpunkt Quantentechnologie enorm von dieser Entwicklung“, freut sich Universitätspräsident Professor Michael Weber.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Martin Plenio: 0731/50-22900, martin.plenio@uni-ulm.de
Prof. Dr. Tanja Weil: 0731 50-22870, tanja.weil@uni-ulm.de

Annika Bingmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Sechs innovative Projekte sind im Rennen um den begehrten European Health Award 2017
17.08.2017 | European Health Forum Gastein

nachricht ERC-Grants: Fünf neue Projekte an der LMU
11.08.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten