• Meranie a vizualizácia magnetických vlastností biologických a fyzikálnych vzoriek;
• Limitná citlivosť NMR tomografie a spektroskopie pri využití SQUID magnetometrických systémov.
  

Výsledok 1: Meranie a vizualizácia magnetických vlastností biologických a fyzikálnych vzoriek

Projekt: VEGA 2/5043/26 v spolupráci s Dept. of Medical Informatics and Bioengineering, Uppsala University, Švédsko

Riešitelia: I. Frollo, P. Andris, V. Juráš, Z. Majdišová, J. Weis

Bola vyvinutá a testovaná nová originálna metóda merania a mapovania tenkých planárnych magnetických vrstiev použitím zobrazovacích metód na báze magnetickej rezonancie. Bola dosiahnutá citlivosť na úrovni jednotiek mikro-Tesla, rozlíšenie obrazu 100 mikrometrov na vzorkách s magnetickou vrstvou do 10 nanometrov.

Ide o meranie magnetickej susceptibility tenkých biologických a fyzikálnych vrstiev feromagnetických alebo paramagnetických vzoriek. Metóda spočíva na projekcii magnetických domén do homogénneho fantómu s následnou aplikáciou NMR zobrazovacej metódy na báze sekvencie Gradient Echo. Metóda bola testovaná za použitia elektrických generátorov slabého magnetického poľa. Boli vykonané úspešné experimenty na biologických vzorkách za použitia magnetických kvapalín, na obrazoch vytvorených tlačou a na dokumentoch obsahujúcich skryté magnetické znaky, napr. na bankovkách. Táto metóda bola aplikovaná aj pri meraní a zobrazení magnetických polí vysokofrekvenčných cievok a všeobecne pri meraní nehomogenít magnetických polí. Nová metóda má perspektívne použitie v biologických a lekárskych vedách a tiež v nanotechnológii (zobrazovanie tenkých vrstiev) a v mikroelektronike.

Na obrázku hore je optický obraz botanickej vzorky (list) a fyzikálnych vzoriek (kruhové výrezy z celulózy) s rôznymi koncentráciami vodného roztoku magnetickej kvapaliny - nanočastíc magnetitu Fe₃O₄, (riedenie v postupnosti 1:2:4:8:16:32). Na dolnom obrázku je NMR obraz vzorky ako magnetickej projekcie do homogénneho fantómu, vzorkovanie 512x512, rozlíšenie 100 μm.

Publikácie

• FROLLO, Ivan - ANDRIS, Peter – JURÁŠ, Vladimír – MAJDIŠOVÁ, Zuzana.: Magnetic field distribution measurement of thin-layers using magnetic resonance imaging sequences. In: XVIII IMEKO World Congress. Metrology for a Sustainable Development. Proceedings. Brazil, Sept. 17 – 22, 2006. pp. 1-4.
• WEIS, Ján - ANDRIS, Peter - FROLLO, Ivan – AHLSTRÖM, Hakan: A simple method for mapping the B1 field distribution of linear RF coils. MAGMA - Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine, 18, 2005, 283-287.

Výsledok 2: Limitná citlivosť NMR tomografie a spektroskopie pri využití SQUID magnetometrických systémov

Projekt: VEGA č. 2/4091/04

Riešitelia: V. Zrubec, J. Maňka

Bola vypracovaná teoretická analýza vlastností prijímacích systémov vysokofrekvenčného magnetického poľa so supravodivými kvantovými magnetometrami (SQM) pre NMR tomografické systémy s nízkym magnetickým poľom (Low-Field-NMR). Boli odvodené vzťahy pre ekvivalentnú spektrálnu citlivosť magnetickej indukcie zahŕňajúce vplyv šumu aktívnych prvkov, vplyv stratových odporových zložiek anténneho obvodu, meranej vzorky, kryogénnych konštrukčných prvkov a vplyv ich šumových teplôt. Dosiahnuteľné parametre sa porovnali s parametrami nízkošumových polovodičových zosilňovačov. Na súbore príkladov sa ilustrovala súvislosť aktuálnych parametrov s citlivosťou prijímača a dosiahnuteľným pomerom signálu k šumu na výstupe prijímacieho kanála tomografu určeného pre frekvenčné pásmo 2,2.10⁶ Hz (B_o ~ 0,05 T). Z výsledkov vyplýva, že dosiahnuteľná ekvivalentná spektrálna citlivosť sa pohybuje v rádoch (10^-19 - 10^-17) THz^-1/2. Analýza ukázala, kedy je použitie SQM účelné. Ich prednosti sa v plnej miere môžu prejaviť najmä pri NMR spektroskopii malorozmerových vzoriek pevnej fázy s malými vysokofrekvenčnými stratami.

Publikácia

• ZRUBEC, V. – MAŇKA, J.: Sensitivity of superconducting quantum RF magnetic field receivers for NMR spectroscopy and tomography. Physica C, 435, 2006, 132-135.