15 juli 2016
MRI-scanner op nanoschaal breekt wereldrecords
Een nieuwe NMR-microscoop geeft natuurkundigen een verbeterd instrument om
fundamentele fysische processen te onderzoeken. Het biedt ook nieuwe
mogelijkheden voor de medische wetenschap, bijvoorbeeld om eiwitten beter te
bestuderen in de hersenen van Alzheimerpatiënten. Publicatie in Physical Review
Applied. [http://arxiv.org/abs/1603.04238]
Als je tijdens het sporten je knie blesseert, kan een arts via een MRI-scan
dwars door de huid naar binnen kijken om te zien wat er mis is. Daarbij maken
medici gebruik van het feit dat de atoomkernen in ons lichaam elektrisch
geladen zijn en om hun as spinnen. Zoals kleine elektromagneetjes wekken ze dan
een eigen magnetisch veldje op. Door de knie in een uniform magneetveld te
plaatsen, gaan de atoomkernen met hun as in dezelfde richting staan. De
MRI-scanner stuurt dan precies de juiste soort radiostraling door de knie,
zodat sommige assen omklappen. Na het uitzetten van dit signaal klappen die
kernen na verloop van tijd weer terug, onder uitzending van een radiogolfje.
Die golfjes verraden waar de atomen zich bevinden, en geven artsen een
nauwkeurig beeld van de knie.
NMR
MRI is de medische toepassing van Nuclear Magnetic Resonance (NMR), dat volgens
hetzelfde principe werkt en is uitgevonden door natuurkundigen om fundamenteel
onderzoek te verrichten op materialen. Met NMR kijken ze onder andere naar de
zogenoemde relaxatietijd—de tijdschaal waarop de atoomkernen terug omklappen.
Dit zegt veel over de eigenschappen van een materiaal.
Microscoop
Om materialen ook op de allerkleinste schaal te bestuderen, gaan natuurkundigen
een stap verder en ontwikkelen ze NMR-microscopen, waarmee ze kijken naar de
werking van natuurkundige processen op het niveau van een groepje atomen. De
Leidse promovendi Jelmer Wagenaar en Arthur den Haan hebben nu met groepsleider
Tjerk Oosterkamp een NMR-microscoop gebouwd die werkt bij een recordtemperatuur
van 42 milliKelvin—dichtbij het absolute nulpunt. In hun artikel in Physical
Review Applied bewijzen ze de werking via het meten van de relaxatietijd van
koper. Hierbij bereiken ze een duizend maal hogere gevoeligheid dan bestaande
NMR-microscopen—ook een wereldrecord.
Alzheimer
Met hun microscoop geven ze fysici een instrument om fundamenteel onderzoek te
verrichten naar vele natuurkundige verschijnselen, zoals systemen die in de
extreme kou van hun microscoop vreemd kwantumgedrag gaan vertonen. En zoals NMR
uiteindelijk leidde tot MRI-scanners in ziekenhuizen, hebben NMR-microscopen
ook weer grote potentie. Wagenaar: 'Eén voorbeeld is dat je met onze techniek
mogelijk op moleculair niveau kunt kijken in de hersenen van Alzheimerpatiënten
naar hoe de vermoedelijke boosdoener ijzer zit opgesloten in eiwitten.'
Artikel
'Probing the nuclear spin-lattice relaxation time at the nanoscale', J. J. T.
Wagenaar, A. M. J. den Haan, J. M. de Voogd, L. Bossoni, T. A. de Jong, M. de
Wit, K. M. Bastiaans, D. J. Thoen, A. Endo, T. M. Klapwijk, J. Zaanen and T.H.
Oosterkamp, Physical Review Applied
[http://arxiv.org/abs/1603.04238]
Illustratie
NMR-microscoop, bestaande uit een dun draadje en een magnetisch bolletje
(ingekleurd paars). Het paarse bolletje wekt een uniform magneetveld op dat
alle atoomkernen in de buurt met hun as dezelfde kant op laat staan. De
onderzoekers sturen radiostraling door hun sample, zodat sommige kernen de
andere kant op omklappen, en meten hoe lang het duurt voor ze weer terug
omklappen.
Noot voor de pers, niet voor publicatie
Voor meer informatie:
Jelmer Wagenaar, 071 527 5463 | wagenaar@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
[http://mailto:wagenaar@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx]
Inès van Arkel, adviseur wetenschapscommunicatie
071 527 3282 | i.van.arkel@xxxxxxxxxxxxxxxx
[http://mailto:i.van.arkel@xxxxxxxxxxxxxxxx]
Over de Universiteit Leiden
De Universiteit Leiden is een internationaal georiënteerde
onderzoeksuniversiteit. De universiteit biedt hoogwaardig onderzoek en
academisch onderwijs in het alfa- gamma- en bètadomein. De Universiteit Leiden
[http://www.leidenuniv.nl] heeft 5.500 mensen in dienst en leidt 25.800 ;
studenten op.
Volg ons
Aanmelden voor de nieuwsbrief
[http://www.nieuwsbrief.leidenuniv.nl/contact/adres.html]
Afmelden voor persberichten van de Universiteit Leiden
http://persberichten.cmail20.com/t/d-u-iriiiyy-ttiidiuyu-b/
Meer nieuws- en persberichten vindt u op onze nieuwspagina
[http://www.nieuws.leidenuniv.nl/].
