Inhaltszusammenfassung

Magnetische Nanopartikel gelten als vielversprechende Kandidaten in medizinischen Anwendungen wie Diagnostik und Therapie. Beispielsweise dienen sie als Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie und können als Trägersysteme von Therapeutika eingesetzt werden. Speziell in der Behandlung von Tumorzellen, wäre es wünschenswert durch das Anlegen äußerer Magnetfelder Nanopartikel gezielt am Wirkort zu akkumulieren und somit Nebenwirkungen der Arzneimittel zu verringern. Für dieses sogenannte...Magnetische Nanopartikel gelten als vielversprechende Kandidaten in medizinischen Anwendungen wie Diagnostik und Therapie. Beispielsweise dienen sie als Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie und können als Trägersysteme von Therapeutika eingesetzt werden. Speziell in der Behandlung von Tumorzellen, wäre es wünschenswert durch das Anlegen äußerer Magnetfelder Nanopartikel gezielt am Wirkort zu akkumulieren und somit Nebenwirkungen der Arzneimittel zu verringern. Für dieses sogenannte magnetic drug targeting, werden genügend starke Gradientenfelder benötigt, um magnetische Nanopartikel entlang verschiedener Trajektorien über ein großes Volumen berührungsfrei zu steuern. Dies stellt jedoch eine der größten Hürden dieses Verfahrens dar, da die magnetische Kraft mit dem Volumen der verwendeten Partikel und dem Gradientenfeld, welches mit 1/x^4, skaliert. In dieser Dissertation wird ein System aus Permanentmagneten vorgestellt, welches ein starkes homogenes (B0) und ein linear ansteigendes Magnetfeld (dB/dr=G) überlagert, in dem Partikel magnetisiert und gleichzeitig durch eine magnetische Kraft gesteuert werden. Experimentell wurde dieses Konzept durch eine koaxiale Anordnung von Halbach-Magneten realisiert. Ein Halbach-Dipol sorgt dabei für die Magnetisierung und Orientierung der Nanokristalle und ein Quadrupolfeld für die Erzeugung der Kraft. Ist das dipolare Feld dabei stärker als das Quadrupolfeld an einer bestimmten Stelle, erzeugt fast ausschließlich die Komponente parallel zum B0-Feld die Kraft, welche in ihrer Richtung variiert werden kann. Die resultierte, lokale Kraft wurde analytisch für diese spezielle Geometrie berechnet und für unterschiedliche Designs diskutiert. Der einfachste Fall, ein System aus einem Halbach-Dipol (B0=0,1 T) und einem Halbach-Quadrupol (G=0,13 T/m) steuert die Richtung, was in einer Proof-of-Principle Demonstration verifiziert werden konnte. Die spezielle Bewegung, der im System gebildeten Partikelketten von Mikropartikeln, konnte unter einem Mikroskop beobachtet werden. Diese wiesen dabei viel höhere Geschwindigkeiten als theoretisch für ein einzelnes Partikel erwartet auf. Um zusätzlich auch die Stärke der magnetischen Kraft zu beeinflussen, konnte mit einem ersten Prototypen aus einem Halbach-Dipol (B0=0,3 T) und zwei Halbach-Quadrupolen die Gradientenstärke von G=0 bis 2,0 T/m und folglich auch die Kraft skaliert werden. Mit diesem System wurden unterschiedlich große Nanopartikel (100 nm bis 20 nm) mit Geschwindigkeiten von 60 mm/s bis 12 mm/s in einer Ebene bewegt und fokussiert. Gleichzeitig diente dieser Aufbau für einen ersten Test, in dem dasselbe Gerät als MR-Scanner zur Bildaufnahme der Position magnetischer Partikel genutzt werden kann.» weiterlesen» einklappen

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DDC Sachgruppe:
Physik