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Einzelne Nano-Magnete sichtbar gemacht

Neuerdings werden in der Medizin kleinste magnetische Teilchen zur Diagnostik und in der Therapie eingesetzt. Speziell die magnetischen Eigenschaften so genannter Magnetosome – von einer Lipid-Membran umhüllter Magnetit-Teilchen – sind für diese Anwendung interessant. In der PTB ist es nun gelungen, diese sehr kleinen Teilchen mit einer Größe von ca. 40 nm sichtbar zu machen und zu zeigen, dass sich einzelne Teilchen wirklich wie Nano-Magnete verhalten.

Magnetkraftmikroskopisches Bild einzelner Magnetosome. Links das topografische Bild, rechts das Magnetfeld.

Die Nano-Messtechnik für magnetische Größen gewinnt nach der Datenspeichertechnik auch in der Medizin immer mehr an Bedeutung. In der PTB wurde für dieses Gebiet ein Magnetkraftmikroskop weiterentwickelt. Dieses Mikroskop tastet mit einer extrem scharfen magnetischen Spitze zeilenweise zunächst in einem ersten Schritt die Oberfläche einer Probe und im zweiten Durchlauf in einem kleinen Abstand von dieser Oberfläche das Magnetfeld ab. Der Radius der Tastspitzen ist kleiner als 20 nm. Dieser Aufbau ermöglicht die Untersuchung einer großen Vielfalt von Probengeometrien mit höchster Auflösung. Auch biologische Proben können unter Umgebungsbedingungen betrachtet werden.

Nachdem die magnetischen Eigenschaften ganzer Ensembles von Magnetosomen, die im Max-Planck-Institut für Mikrobiologie in Bremen hergestellt worden waren, mit Hilfe räumlich integrierender Messtechniken gemessen werden konnten, wurden mit dem Magnetkraftmikroskop der PTB jetzt auch einzelne Nano-Teilchen untersucht. Sie wurden vor der Messung senkrecht zur Probenebene magnetisiert. Bei der Abbildung der Oberfläche sind viele Einzelteilchen mit einem Durchmesser von ca. 40 nm als helle Flecken zu erkennen. Es handelt sich hierbei um einzelne Magnetosome.

Die Teilchen erscheinen bei der Abbildung des Magnetfeldes als weißer Fleck, umgeben von einem dunklen Ring. Dieses Erscheinungsbild entspricht dem eines senkrecht auf der Oberfläche stehenden Stabmagneten, auf dessen Pol man von oben schaut. Damit wurde erstmals gezeigt, dass einzelne Magnetosome eindomänige Nano-Magnete sind. Diese Erkenntnis eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten: Die Teilchen, die auch kleinste Kapillargefäße erreichen, lassen sich, im Gegensatz zu herkömmlichen Kontrastmitteln, mit Hilfe von Magnetfeldern im Körper an beliebig vorgegebene Stellen führen. Dadurch werden ein deutlicher Gewinn an räumlicher Auflösung beim Einsatz als Kontrastmittel und eine Steigerung der therapeutischen Effektivität erzielbar.

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