Op veel gebieden, van materiaalwetenschappen tot geneeskunde, nucleaire magnetische resonantie (NMR) wordt gebruikt voor gedetailleerd molecuulspecifiek onderzoek. Wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) zijn er nu in geslaagd de gevoeligheid van NMR-metingen te verbeteren. Voor dit doeleinde, de wetenschappers gebruikten zogenaamde Lenz-lenzen die magnetische flux focussen. De wetenschappers presenteren hun methode in het tijdschrift PLOS EEN .

Nucleaire magnetische resonantie (NMR) wordt gebruikt om moleculaire eigenschappen van materie te bestuderen. Exemplaren bevinden zich in een sterk constant magnetisch veld en worden bestraald met een hoogfrequent magnetisch wisselveld. Zowel magnetische resonantietomografie (MRT), een methode in de medische diagnostiek om de structuur en functie van weefsels en organen in beeld te brengen, en NMR-spectroscopie, een methode om de structuur en dynamiek van moleculen te analyseren, zijn gebaseerd op kernmagnetische resonantie. Echter, onderzoekers proberen de ongunstige signaal-ruisverhouding te verbeteren en, dus, verhogen de gevoeligheid van NMR-metingen.

"Een hoge gevoeligheid is met name onmisbaar bij het toepassen van massa- en volumebeperkte methoden of wanneer een hoge ruimtelijke resolutie vereist is, ", zegt professor Jan Gerrit Korvink. Hij is directeur van het Institute of Microstructure Technology (IMT) van het KIT.

Bij NMR-metingen op kleine monsters, geminiaturiseerde hoogfrequente spoelen bleken effectief voor het genereren en ontvangen van het wisselende magnetische veld. Voor mobiele toepassingen en verdere miniaturisering, een internationaal team van onderzoekers heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld om de gevoeligheid te verbeteren:ze gebruikten magnetische lenzen, zogenaamde Lenz-lenzen, om de magnetische flux van een macroscopische hoogfrequente spoel op een kleiner volume te concentreren en om de gevoeligheid lokaal te vergroten. Met deze lenzen vernoemd naar natuurkundige Emil Lenz, magnetische flux van het wisselveld kan niet alleen worden gefocust, maar ook omgeleid of getransformeerd. In dit opzicht, het effect van deze lenzen is te vergelijken met dat van optische lenzen op lichtbundels. Verandering van het magnetische veld induceert stroom in de Lenz-lenzen, die zijn gemaakt van metalen platen of draden in symmetrische of asymmetrische opstelling. De vorm van de lenzen geleidt de geïnduceerde stromen zodanig dat het magnetische veld wordt gefocust.

Met Lenz-lenzen, gevoeligheid van metingen in zeer kleine ruimtes, waarin conventionele NMR-systemen niet passen, aanzienlijk kan worden verhoogd. Bovendien, de lenzen werken bij elke veldsterkte. Onder andere, medische toepassingen kunnen profiteren van het gebruik van Lenz-lenzen, Korvink zegt:"Omdat de Lenz-lenzen niet bedraad zijn, ze zijn bijzonder geschikt voor implantaten." Toepassing kan mogelijk zijn in hersenimplantaten om de genezing van het weefsel over langere termijn met hoge resolutie te observeren of op pleisters voor de observatie van huidkanker. Momenteel, wetenschappers onderzoeken verdere toepassingen, onder andere in de elektrotechniek.

De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift PLOS EEN .