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Projekt
Magnetic Particle Imaging (MPI) der Partikeldynamik in komplexen Matrixsystemen
Antragsteller
Dr.-Ing. Thilo Viereck
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2018 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392182392
Magnetic Particle Imaging (MPI) ist eine neue Bildgebungsmodalität für die medizinische Diagnostik, die eine ortsaufgelöste makroskopische Konzentrationsverteilung von magnetischen Nanopartikeln als Bildvermittler liefert. Magnetic Particle Spektroskopie (MPS) wird dabei als integrale Methode für die Prüfung magnetischer Nanopartikel in der Bildgebung eingesetzt. Darüber hinaus stellt MPS eine spektrale Charakterisierungsmethode dar, welche die dynamischen Magnetisierungseigenschaften der Partikel erfasst und damit etablierte Verfahren wie die Magnetrelaxometrie (MRX) und die Wechselfeld-Suszeptometrie (ACS) ergänzt. Während diese Verfahren lediglich im linearen Bereich der Magnetisierungskennlinie operieren, setzt MPS die Partikel einem großen magnetischen Wechselfeld aus. Die dadurch erzeugten Oberwellen liefern charakteristische Informationen über die Probe und deren Zustand. Es werden sowohl Wechselwirkungen der Partikel untereinander als auch mit der umgebenden Matrix erfasst. Um eine Rückführung der MPS-Messdaten auf physikalische Einflussgrößen zu erreichen, werden verschiedene Partikelsysteme in viskosen und visko-elastischen Matrizes im MPS untersucht. Insbesondere für die multi-parametrische Charakterisierung von Partikeln in thermo-responsiven Gelen wurde ein neues MPS-System entwickelt, welches die Einbeziehung der Temperatur als zusätzliche Abhängigkeit erlaubt. Die Beschreibung der nichtlinearen Wechselwirkungseinflüsse wird dabei durch numerische Modelle der Magnetisierungsdynamik der Partikel ergänzt.Der Schwerpunkt des vorliegenden Projektes liegt auf der Quantifizierung der Brownschen Partikelbeweglichkeit und der Untersuchung der Wechselwirkungen mit biologischen Gewebe. Dabei liefert MPS ein sensitives Werkzeug für die systematische Untersuchung von Partikel-Matrix-Wechselwirkungen in komplexen Medien und gestaltet außerdem den Übergang in die MPI-Bildgebung. Dort ermöglicht ein verändertes Relaxationsverhalten der Partikel unter Wechselwirkungseinfluss mit Zellen und biologischem Gewebe neben der quantitativen Konzentrationsbestimmung auch eine ortsaufgelöste Differenzierung der Partikelbeweglichkeit.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
