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Neue Magnetfeldmesstechnik für die medizinische Forschung

Die Messung von Magnetfeldern in lebenden Organismen hat zunehmende Bedeutung in der biomedizinischen Diagnostik. Um die sehr niedrigen Felder nachzuweisen, müssen sie aufwendig gegen äußere Störungen abgeschirmt werden. Ein neuartiges Magnetfeldmessgerät erlaubt es, bei geringerem Aufwand die Abschirmung zu verbessern. Das Gerät ist zudem transportabel und damit in klinischer Umgebung einsetzbar.

Die empfindlichsten Sensoren für Magnetfelder sind gegenwärtig supraleitende Quanteninterferometer, sogenannte SQUIDs. Sie werden in der biomedizinischen Technik unter anderem zum Nachweis der Magnetfelder lebender Organismen verwendet. Die hohe Empfindlichkeit einer SQUID-Messung erfordert eine aufwendige Abschirmung, die das Erdmagnetfeld und weitere Störungen, beispielsweise durch elektrische Kabel oder Mobilfunk, reduziert. Bisher wird diese Schirmung durch die Verwendung spezieller Kabinen aus magnetisch hochpermeablem Metall erreicht, deren Konstruktion allerdings mit hohem Aufwand an Material und Kosten verbunden ist.

Die PTB hat mit der Fertigstellung des Messgeräts einen ganz neuen Weg beschritten. Dabei wurde die Tatsache ausgenutzt, dass einige Metalle (wie Niob und Blei) bei sehr tiefen Temperaturen für Magnetfelder völlig undurchlässig werden (Meißner-Ochsenfeld-Effekt). Das neue Messgerät besteht aus einem Niobzylinder mit einer von außen zugänglichen horizontalen Bohrung. Dort können Proben oder auch kleine Versuchstiere eingebracht werden. Über einen vertikalen Schacht werden 18 SQUIDs an einer flexiblen Kette in das Innere des Niobzylinders eingeführt, sodass sie ringförmig die Probe umschließen. Der Niobzylinder wird gemeinsam mit den SQUIDs in flüssigem Helium auf einer Temperatur von 4 K gehalten. Äußere Störmagnetfelder, die nur noch durch die offenen Enden des schirmenden Niobzylinders an die SQUIDs gelangen können, werden um bis zu acht Größenordnungen am Ort der Sensoren gedämpft. Dies übertrifft bei weitem die mit konventionellen Methoden erreichte Abschirmung.

Mit dem neuen Messgerät kann zum Beispiel die elektrische Aktivität im Herzen einer Maus über die Magnetfeldmessung berührungslos beobachtet werden. Durch seine kompakte Bauweise ist es transportabel und ermöglicht damit in Zukunft hochgenaue Magnetfeldmessungen in klinischen Laboratorien.

Aufbau des neuen Messgeräts

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