DE102004039420A1

DE102004039420A1 - NMR Spectrometer e.g. for analysis of single biological cells, comprising a proton resonance frequency of less than 40MHz using planar coils

Info

Publication number: DE102004039420A1
Application number: DE200410039420
Authority: DE
Inventors: Timm Leuerer; Uwe Schnakenberg; Bernhard Blümich; Wilfried Mokwa
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-02-23

Abstract

An NMR Spectrometer comprising at least a first planar coil (1) for generation of a periodic , essentially uniform magnetic field.(12) and at least a second planar coil (2) for generation/ detection of a high frequency electromagnetic field (14), and which has a proton resonance frequency of less than 40MHz, is new. An independent claim is included for the method of operating an NMR spectrometer utilizing planar coils and an excitation frequency less than 40MHz.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Kernspinresonanz-Daten mittels Niederfeld-NMR-Methoden aus kleinen sensitiven Volumina.object The invention relates to an apparatus and a method for detecting of nuclear magnetic resonance data by means of low-field NMR methods from small sensitive volumes.

Die Methode der Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR)-Spektroskopie ist schon relativ lange bekannt und hat sich inzwischen zu einem Standard-Werkzeug der Analytik entwickelt, da mittels NMR eine chemische Auflösung von Daten erreicht werden kann. Bei der klassischen NMR-Analytik wird die Probe in den im wesentlichen homogenen Bereich eines Magneten, bevorzugt eines supraleitenden Magneten mit hoher Feldstärke eingebracht. Solche möglichst homogenen Felder mit Feldstärken von 15 Tesla und mehr werden durch den Einsatz von Magneten mit Spulen aus supraleitenden Keramiken erreicht. Hierbei wird die zu untersuchende Probe in das Innere (die sogenannte Bohrung) des Magneten eingeführt und hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung einer Resonanzfrequenz ausgesetzt, die durch die Stärke des Magnetfeldes am Ort der Probe, den zu untersuchenden Kern und weitere Faktoren bestimmt ist.The Method of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is has been known for a relatively long time and has now become a standard tool The analysis developed, since by means of NMR, a chemical resolution of Data can be achieved. In classical NMR analysis is the sample in the substantially homogeneous region of a magnet, preferably introduced a superconducting magnet with high field strength. Such preferably homogeneous fields with field strengths of 15 tesla and more will be through the use of magnets with coils achieved from superconducting ceramics. Here, the to be examined Probe inserted into the inside (the so-called hole) of the magnet and high-frequency electromagnetic radiation of a resonant frequency exposed by the strength the magnetic field at the location of the sample, the core to be examined and other factors is determined.

Seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts ist es ferner bekannt, durch Superposition mit räumlich definiert inhomogenen Feldern eine Ortsauflösung der erhaltenen Signale zu erreichen. Hierbei werden die räumlich inhomogenen Felder durch Gradientenspulen erzeugt, die oftmals gepulst betrieben werden. Diese sogenannte NMR-Tomografie wird auch zur nichtinvasiven Diagnose am menschlichen Körper eingesetzt.since The 80s of the 20th century, it is also known by Superposition with spatial defines inhomogeneous fields a spatial resolution of the received signals to reach. Here, the spatially inhomogeneous fields through Gradient coils generated, which are often operated pulsed. This so-called NMR tomography also becomes a noninvasive diagnosis on the human body used.

Diese Methoden haben den Nachteil, dass ein supraleitender Magnet mit möglichst homogenem Feld einer möglichst großen Amplitude kostspielig in Anschaffung und Unterhalt ist. Für gewisse Anwendungen, die eine nicht so große Auflösung benötigen oder bei denen die Probe nicht in einen Magneten verbracht werden kann, ist deshalb eine weitere NMR-Methode entwickelt worden, bei der die Polarisation der Kernspins durch ein räumlich inhomogenes Magnetfeld erzeugt wird. Hierbei wird das räumlich inhomogene Magnetfeld durch Permanentmagnete erzeugt, die in bestimmter Weise angeordnet sind. Da hier die Probe nicht in einen Magneten eingebracht wird, sondern sich der Magnet im Regelfall nur auf einer Seite der Probe befindet, wird eine solche Art der NMR als einseitige NMR (single-sided oder unilateral NMR) bezeichnet. Auch bei der einseitigen NMR erfolgt die Erzeugung und die Aufnahme des Messsignals durch Einstrahlung und Aufzeichnung einer elektromagnetischen Strahlung der entsprechenden Resonanzfrequenz. Da diese im Regelfall deutlich niedriger liegt als bei supraleitenden Magneten, fällt diese Art der NMR in den Bereich der Niederfeld-NMR. Solche Niederfeld-NMR-Apparaturen sind deutlich preiswerter herzustellen und zu unterhalten als Apparaturen mit supraleitenden Magneten hoher Feldstärke. Zudem sind sie leicht transportabel, weiterhin lässt sich durch relatives Verschieben von Probe und Vorrichtung eine gewisse Ortsauflösung erreichen, die bei konventionellen NMR-Systemen nur durch zusätzliche, im Regelfall gepulst betriebene Gradientenfelder oder durch eine starke Verkleinerung des sogenannten sensitiven Volumens, aus dem Messsignale aufgenommen werden, durch Verwendung sehr kleiner Spulen, sogenannter Mikrospulen (Microcoils), erreicht werden können.These Methods have the disadvantage that a superconducting magnet with preferably homogeneous field one possible huge Amplitude is expensive to purchase and maintain. For a certain Applications that do not require such a large resolution or which have the sample can not be put into a magnet is therefore a Another NMR method has been developed in which the polarization the nuclear spins by a spatially Inhomogeneous magnetic field is generated. This becomes spatially inhomogeneous Magnetic field generated by permanent magnets, in a certain way are arranged. Because here the sample is not placed in a magnet is, but the magnet is usually only on one side of the Sample is such a kind of NMR as one-sided NMR (single-sided or unilateral NMR). Even with the one-sided NMR is the generation and recording of the measurement signal by Irradiation and recording of electromagnetic radiation the corresponding resonant frequency. As a rule, these are clear lower than superconducting magnets, this falls Type of NMR in the field of low-field NMR. Such low field NMR devices are much cheaper to manufacture and maintain than equipment with superconducting magnets of high field strength. Besides, they are easy transportable, continue to let itself by relative displacement of sample and device certain spatial resolution in conventional NMR systems only by additional, as a rule pulsed gradient fields or by a strong reduction of the so-called sensitive volume, from the Measurement signals are recorded by using very small coils, so-called microcoils, can be achieved.

Grundsätzlich ist es erforderlich, dass sensitive Volumen einer NMR-Apparatur an das Volumen der zu untersuchenden Probe anzupassen. Ist das sensitive Volumen nämlich größer als die Probe, so trägt der Teil des sensitiven Volumens, der nicht mit Probe gefüllt ist, nur statistisch, also als Rauschen zum Messergebnis bei, so dass das Signal-Rauschverhältnis der Messung sinkt. Ist die Probe größer als das sensitive Volumen, so entstehen sogenannte Rückfaltungen des Signals in das sensitive Volumen der Probe hinein, die ebenfalls das Messergebnis verfälschen. Beidem kann grundsätzlich durch entsprechende experimentelle Massnahmen begegnet werden, die jedoch jeweils das erzielte Mess-Signal abschwächen und/oder den experimentellen Aufwand erhöhen.Basically it requires that sensitive volumes of an NMR apparatus to the Adjust the volume of the sample to be examined. Is that sensitive Namely volume greater than the sample, so carries the part of the sensitive volume that is not filled with sample, only statistically, so as noise to the measurement at, so that the signal-to-noise ratio the measurement drops. If the sample is larger than the sensitive volume, so arise so-called refoldings of the signal into the sensitive volume of the sample, which also falsify the measurement result. Both can basically be countered by appropriate experimental measures, the however, each attenuate the obtained measurement signal and / or the experimental one Increase effort.

Es existieren Bestrebungen, das NMR-Signal aus möglichst kleinen sensitiven Volumina zu erfassen, um beispielsweise Messungen an kleinen Mengen biologischen Materials, insbesondere nur weniger oder nur einer biologischen Zelle durchzuführen. Bei Hochfeld-NMR-Methoden im homogenen Magnetfeld wird dies mittels sehr kleiner Spulen, bevorzugt sehr kleiner Solenoidspulen zu erreichen versucht. Auch bei Vorrichtungen zur einseitigen NMR wurde versucht, das zum Messsignal beitragende sensitive Volumen der Probe zu verkleinern. Jedoch war es bisher nicht möglich, solch kleine sensitiven Volumina zu erreichen, mit denen die Messung von einer einzigen Zelle mit annehmbarem apparativem Aufwand und gutem Signal-Rauschverhältnis unter Verwendung einer annehmbaren Zeit für eine Messung verwirklicht werden konnte.It There are efforts, the NMR signal from the smallest possible sensitive To capture volumes, for example, measurements on small quantities biological material, in particular only a few or only one perform biological cell. In high-field NMR methods in a homogeneous magnetic field, this is done by means of very small coils, preferably very small solenoid coils to achieve tries. Even in devices for unilateral NMR has been tried to reduce the contributing to the measurement signal sensitive volume of the sample. However, it has not been possible to achieve such small sensitive volumes, with which the measurement from a single cell with acceptable equipment and effort good signal-to-noise ratio using a reasonable time for a measurement could be.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, mit dem Niederfeld-NMR-Messungen an einer geringen Menge Materials, insbesondere an einer einzelnen biologischen Zelle mit geringem apparativem Aufwand durchgeführt werden können.Of these, Based on the object of the present invention, a device and to provide a corresponding method, with the low-field NMR measurements on a small amount of material, especially on a single biological cell can be carried out with little equipment.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.These Task is solved by an apparatus having the features of claim 1 and a method with the features of claim 19. Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR)-Daten mit einem sensitiven Volumen umfasst mindestens eine planare erste Spule zur Erzeugung eines zeitlich im wesentlichen homogenen, räumlich inhomogenen Magnetfeldes und mindestens eine planare zweite Spule zur Erzeugung und/oder zur Detektion eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes. Die Vorrichtung weist eine Resonanzfrequenz für Protonen von im wesentlichen weniger als 40 MHz auf. Die mindestens eine erste Spule ist in einer ersten offenen Fläche um mindestens einen ersten Aufpunkt und die mindestens eine zweite Spule in einer zweiten offenen Fläche um mindestens einen zweiten Aufpunkt gewickelt. Die Projektion der zweiten Spule auf eine Ebene, die senkrecht zu einer ersten Flächennormalen der ersten offenen Fläche im ersten Aufpunkt ist, liegt innerhalb der Projektion der ersten Spule auf diese Ebe ne.The inventive device for detecting Nuclear Magnetic Resonance (NMR) data with a sensitive volume comprises at least one planar first Coil for generating a temporally substantially homogeneous, spatially inhomogeneous Magnetic field and at least one planar second coil for generating and / or for the detection of a high-frequency electromagnetic field. The Device has a resonance frequency for protons of substantially less than 40 MHz. The at least one first coil is in a first open area around at least one first point and the at least one second Coil in a second open area about at least a second one Wrapped point. The projection of the second coil on a plane, perpendicular to a first surface normal the first open area is in the first point, lies within the projection of the first Coil on this level.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt in vorteilhafter Weise die Durchführung von NMR-Messungen an Proben mit sehr geringer Materialmenge. Insbesondere erlaubt sie die Messung von Signalen in einer einzelnen biologischen Zelle oder wenigen Zellen. Auch die Vermessung von Samen, insbesondere Samenkörnern beispielsweise zur Qualitätskontrolle oder -vorhersage von daraus herzustellenden Ölen ist möglich und erfindungsgemäß. Hierbei ist nur ein geringer apparativer Aufwand nötig, da durch die erste Spule ein Magnetfeld mit bekanntem Ortsgradienten erzeugt wird, dessen Magnetfeld zur Erzeugung einer magnetischen Polarisation in der Probe verwendet wird. Dadurch ist insbesondere kein supraleitender Magnet zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes nötig, so dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch vergleichsweise geringe Herstellungs- und Betriebskosten auszeichnet. Durch die parallele Verwendung einer Vielzahl von ersten und zweiten Spulen, die entsprechend miteinander verschaltet sind, ist der Aufbau eines Analysearrays möglich, mit dem gleichzeitig eine Vielzahl beispielsweise von Einzelzellen untersucht werden kann, wobei jeweils ein Messsignal einer einzelnen Zelle zugeordnet werden kann.The inventive device allows advantageously to carry out NMR measurements Samples with a very small amount of material. In particular, it allows the measurement of signals in a single biological cell or few cells. Also, the measurement of seeds, especially seeds, for example for quality control or prediction of oils to be produced therefrom is possible and according to the invention. in this connection Only a small amount of equipment is necessary because through the first coil a magnetic field with a known local gradient is generated, whose Magnetic field for generating a magnetic polarization in the Sample is used. As a result, in particular, no superconducting Magnet for generating a homogeneous magnetic field necessary, so that the device according to the invention characterized by comparatively low manufacturing and operating costs. By the parallel use of a plurality of first and second Coils, which are interconnected accordingly, is the structure an analysis array possible, with the same time a variety, for example, of single cells can be examined, wherein in each case a measurement signal of a single Cell can be assigned.

Die Resonanzfrequenz für Protonen von 40 MHz entspricht einem Magnetfeld einer Feldstärke von einem Tesla. Je nach Anwendung können insbesondere Magnetfelder einer Feldstärke entsprechend einer Protonenresonanzfrequenz von im wesentlichen 10 bis 30 MHz, insbesondere von im wesentlichen 20 MHz vorteilhaft sein. Auch Protonenresonanzfrequenzen von weniger al 5 MHz oder auch weniger als 1 MHz sind möglich und erfindungsgemäß. Insbesondere die Vermessung des Signals von Protonen (1H) ist vorteilhaft, erfindungsgemäß können jedoch auch die Signale anderer Kerne wie beispielsweise Deuteronen (2H) oder auch Kohlenstoff (13C) angeregt und aufgenommen werden.The Resonant frequency for Protons of 40 MHz corresponds to a magnetic field of field strength of a Tesla. Depending on the application can in particular magnetic fields of a field strength corresponding to a proton resonance frequency of substantially 10 to 30 MHz, in particular substantially 20 MHz be advantageous. Also proton resonance frequencies of less al 5 MHz or even less than 1 MHz are possible and according to the invention. Especially the measurement of the signal of protons (1H) is advantageous, but according to the invention also the signals of other nuclei such as deuterons (2H) or carbon (13C) are excited and absorbed.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich in einfacher Weise verwirklichen, indem zwei erste Spulen, ein Gradientenspulenpaar, und mindestens eine zweite Spule auf einer Seite eines Glasträgers ausgebildet werden, wobei das Gradientenspulenpaar die zweite Spule einschließt. Solche Gradientenspulen sind grundsätzlich bekannt beispielsweise aus bildgebenden Hochfeldtomografen. Insbesondere eignen sich x- und y-Gradientenspulen(paare) zum Einsatz als mindestens eine erste Spule, die ein Gradientenfeld außerhalb der Spulenebene erzeugen. Die mindestens eine erste Spule kann in Form einer bekannten planaren Gradientenspule ausgebildet werden, die ein entsprechendes Magnetfeld im sensitiven Volumen der zweiten Spule erzeugt.A inventive device let yourself realize in a simple manner by two first coils, a gradient coil pair, and at least one second coil formed on one side of a glass carrier with the gradient coil pair enclosing the second coil. Such Gradient coils are basically known, for example, from imaging Hochfeldtomografen. Especially x and y gradient coils (pairs) are suitable for use as at least a first coil that generates a gradient field outside the coil plane. The at least one first coil may be in the form of a known planar Gradient coil are formed, which has a corresponding magnetic field generated in the sensitive volume of the second coil.

Unter einer planaren Spule versteht man insbesondere eine Spule, die nicht nach Art eines Solenoid aufgewickelt ist. Eine planare Spule bezeichnet eine Spule, die in einer offenen Fläche gewickelt ist, die bevorzugt zumindest teilweise senkrecht zu einer Wickelachse der Spule ausgebildet ist. Die zweite Spule kann in Form einer bekannten planaren HF-Spule ausgebildet werden, die ein entsprechendes sensitives Volumen aufweist.Under a planar coil is understood to mean in particular a coil that is not wound up in the manner of a solenoid. A planar coil denotes a Coil in an open area is wound, which preferably at least partially perpendicular to a winding axis the coil is formed. The second coil may be in the form of a known planar RF coil can be formed, which is a corresponding sensitive Has volume.

Ein Aufpunkt bezeichnet insbesondere den Punkt, in dem die Wickelachse der Spule die Fläche der planaren Spule trifft. Allerdings kann ein Aufpunkt je nach Art der Wicklung der Spule auch nicht Teil einer Wickelachse sein, wenn beispielsweise die Spule nicht um eine einzige Wickelachse gewickelt wurde, so dass der Aufpunkt auch eine Art Symmetriezentrum der Spule darstellen kann.One Aufpunkt refers in particular to the point in which the winding axis the coil the area of the planar coil hits. However, a Aufpunkt depending on the type The winding of the coil may not be part of a winding axis, though For example, the coil is not wound around a single winding axis was, so that the Aufpunkt also a kind symmetry center of the coil can represent.

Das sensitive Volumen der Anordnung bezeichnet das Volumen der Vorrichtung, in welchem mittels der HF-Strahlung der zweiten Spule ein NMR-Signal induziert und ein NMR-Signal detektiert werden kann. Das sensitive Volumen ist abhängig von der Wicklung der ersten und der zweiten Spule, sowie von den Strömen, die jeweils diese Spulen durchströmen. Unter einem kleinen sensitiven Volumen wird hier insbesondere ein Volumen von weniger als 200 nl, bevorzugt weniger als 1 nl, besonders bevorzugt weniger als 0,01 nl verstanden, jedoch ist der Einsatz der Vorrichtung auch mit größeren sensitiven Volumina für beispielsweise entsprechend größere biologische Zellen oder auch von Samen, insbesondere Samenkörnern möglich und erfindungsgemäß. Das sensitive Volumen kann durch den Einsatz entsprechender magnetischer Materialien beispielsweise auf der von der ersten Spule abgewandten Seite der zweiten Spule, in der Ebene der zweiten Spule und/oder zumindest teilweise innerhalb der Ebene zwischen erster und zweiter Spule, beispielsweise innerhalb eines die erste und zweite Spule trennenden Substrats, verändert werden.The sensitive volume of the arrangement designates the volume of the device in which an NMR signal can be induced by means of the RF radiation of the second coil and an NMR signal can be detected. The sensitive volume depends on the winding of the first and the second coil, as well as on the currents flowing through these coils. A small sensitive volume is understood here to mean in particular a volume of less than 200 nl, preferably less than 1 nl, more preferably less than 0.01 nl, but the use of the device is also with larger sensitive volumes for, for example, correspondingly larger biological cells or Also of seeds, especially seeds possible and according to the invention. The sensitive volume can beispielswei by the use of appropriate magnetic materials be changed on the side facing away from the first coil side of the second coil, in the plane of the second coil and / or at least partially within the plane between the first and second coil, for example, within a first and second coil separating substrate.

Die Resonanzfrequenz bestimmt sich nach den bekannten Gesetzmässigkeiten der Elektrodynamik im wesentlichen aus der Induktivität der zweiten Spule, einer gegebenenfalls vorhandenen Kapazität und einem gegebenenfalls vorhandenen ohmschen Widerstand. Mindestens einer dieser Faktoren kann regelbar sein, um eine Abstimmung des Schwingkreises zu ermöglichen, so dass neben der Resonanzfrequenz auch nicht zu weit von dieser entfernte Frequenzen abstimmbar sind.The Resonance frequency is determined by the known laws electrodynamics essentially from the inductance of the second coil, any existing capacity and, if appropriate, one existing ohmic resistance. At least one of these factors can be adjustable to allow tuning of the resonant circuit, so that besides the resonant frequency too not too far from this remote frequencies are tunable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung überlappen die Projektion der zweiten Spule auf die Ebene, die senkrecht zu einer ersten Flächennormalen der ersten offenen Fläche im ersten Aufpunkt ist und die Projektion der ersten Spule auf diese Ebene, einander zumindest teilweise.According to one overlap advantageous embodiment of the device according to the invention the projection of the second coil on the plane perpendicular to a first surface normal the first open area in the first Aufpunkt is and the projection of the first coil on this Level, each other at least partially.

Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da beispielsweise zwei erste Spulen, ein Gradientenspulenpaar, auf einer Längsseite eines Glasträgers und mindestens eine zweite Spule auf der anderen Längsseite des Glasträgers ausgebildet werden können, so dass sie einander überlappen.This allows a particularly compact construction of the device according to the invention, for example, there are two first coils, a gradient coil pair a long side a glass carrier and at least a second coil on the other longitudinal side of the glass carrier can be trained so they overlap each other.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die mindestens eine zweite Spule zumindest eine der folgenden Formen auf

a) spiralförmig mit im wesentlichen kreisförmiger Geometrie;
b) spiralförmig mit im wesentlichen mehreckiger, bevorzugt viereckiger Geometrie;
c) doppelspiralförmig in Form im wesentlichen einer Ziffer acht;
d) mehrfach spiralförmig in Form im wesentlichen eines mehrblättrigen Kleeblatts, insbesondere eines vierblättrigen Kleeblatts; oder
e) im wesentlichen schlangenlinienförmig.

According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least one second coil has at least one of the following shapes

a) spiral with a substantially circular geometry;
b) spirally with substantially polygonal, preferably quadrangular geometry;
c) double helical in shape substantially one digit eight;
d) a plurality of spirals in the form of essentially a multi-leaflet clover, in particular a four-leaf cloverleaf; or
e) essentially serpentine.

Hierbei handelt es sich um mögliche Wickelformen der planaren zweiten Spule, jedoch sind auch andere Wickelformen möglich und erfindungsgemäß. Die einzelnen Teilbereiche der Spule, beispielsweise die einzelnen Teilblätter des Klee blattes können für sich betrachtet unterschiedliche Geometrien aufweisen, zum Beispiel im wesentlichen kreisförmig, im wesentlichen mehreckig, insbesondere viereckig, und/oder im wesentlichen ellipsenförmig. Auch die Kombination der einzelnen Grundformen in einer einzigen Spule ist möglich und erfindungsgemäß. Eine im wesentlichen schlangenlinienförmige Spule kann statt runder Übergangsbereiche auch eckige Übergangsbereiche aufweisen.in this connection are possible Winding forms the planar second coil, but there are others Wrapping possible and according to the invention. The single ones Parts of the coil, for example, the individual sheets of the Clover leaf can for themselves considered to have different geometries, for example in essential circular, essentially polygonal, in particular quadrangular, and / or substantially ellipsoidal. Also, the combination of the individual basic forms in a single Coil is possible and according to the invention. An im essential serpentine Coil can take place instead of round transition areas also angular transition areas exhibit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die mindestens eine erste Spule zumindest eine der folgenden Formen aufweist:

a) spiralförmig mit im wesentlichen kreisförmiger Geometrie;
b) spiralförmig mit im wesentlichen elliptischer Geometrie; oder
c) spiralförmig mit im wesentlichen mehreckiger, bevorzugt viereckiger Geometrie.

According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least one first coil has at least one of the following shapes:

a) spiral with a substantially circular geometry;
b) spiral with a substantially elliptical geometry; or
c) spiral with substantially polygonal, preferably quadrangular geometry.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die mindestens eine erste Spule zumindest eine Wickelebene auf.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the at least one first coil has at least one winding plane on.

So ist es möglich, die mindestens eine erste Spule mehrlagig aufzubauen, so dass mehrere Wickelebenen im wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sind.So Is it possible, the at least one first coil multi-layer build, so that several Winding levels are formed substantially parallel to each other.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Spule mit einer Gleichstromversorgung verbunden.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the first coil is connected to a DC power supply.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Spule mit einer Hochfrequenzspannungsquelle, insbesondere einer pulsbar betreibbaren Hochfrequenzspannungsquelle verbunden.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is the second coil with a high frequency power source, in particular a pulsably operable high frequency power source connected.

Hierbei sollte der Frequenzbereich der Hochfrequenzspannungsquelle den Bereich der Resonanzfrequenz der Vorrichtung abdecken. Insbesondere sind Frequenzbe reiche von bis zu im wesentlichen 40 MHz, insbesondere von im wesentlichen 10 bis im wesentlichen 30 MHz, beispielsweise im wesentlichen 20 MHz vorteilhaft.in this connection the frequency range of the high frequency power source should be the range cover the resonant frequency of the device. In particular are Frequency ranges of up to substantially 40 MHz, in particular from substantially 10 to substantially 30 MHz, for example essentially 20 MHz advantageous.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die zweite offene Fläche eine zweite Flächennormale im zweiten Aufpunkt auf, wobei die erste offene Fläche und die zweite offene Fläche in Richtung der ersten und/oder der zweiten Flächennormale einen Abstand aufweisen.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention has the second open area a second surface normal in the second point on, with the first open area and the second open area in the direction the first and / or the second surface normal have a distance.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und zweite Spule jeweils in einer eigenen Ebene ausgebildet sind, die senkrecht zur Ebene voneinander beabstandet sind. Dies erlaubt es, beide planare Spulen in Normalenrichtung zu den Spulen zumindest teilweise überlappend auszuführen, so dass auf diese Weise ein sehr kleines sensitives Volumen erreicht werden kann. Auch nicht ebene planare Spulen können durch Ausbilden des Abstandes zwischen ihnen überlappend ausgebildet sein.It when the first and second coil are each formed in a separate plane, which are perpendicular to the plane spaced apart is particularly advantageous. This makes it possible to perform both planar coils in the direction normal to the coils at least partially overlapping, so that in this way a very small sensitive volume can be achieved. Also not flat planar coils may be overlapped by forming the distance between them.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt der geringste Abstand in Richtung der ersten und/oder der zweiten Flächennormale höchstens ein Zehntel der maximalen Ausdehnung der ersten und/oder der zweiten Spule in einer Ebene senkrecht zur ersten und/oder zur zweiten Flächennormalen.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is the smallest distance in the direction of the first and / or the second surface normal at the most one tenth of the maximum extent of the first and / or the second Coil in a plane perpendicular to the first and / or the second surface normal.

Unter maximaler Abmessung ist in diesem Zusammenhang der größte Durchmesser der Spule in der jeweiligen Ebene zu verstehen. Diese Abmessungen erlauben in vorteilhafter Weise die Verkleinerung des sensitiven Volumens auf Werte, die die Durchführung einer NMR-Messung an einer einzelnen biologischen Zelle bei gutem Signal-Rauschverhältnis. Im Falle zweier paralleler ebener planarer Spulen weisen die Spulen in jedem Punkt denselben Abstand voneinander auf. Bei min destens einer nicht ebenen planaren Spule variiert der Abstand zwischen den Spulen.Under maximum dimension is the largest diameter in this context to understand the coil in each level. These dimensions allow advantageously the reduction of the sensitive Volume to values indicating the conduct of an NMR measurement a single biological cell with good signal-to-noise ratio. in the Traps of two parallel plane planar coils have the coils at the same distance from each other at each point. At least min a nonplanar planar coil varies the distance between the coils.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt der geringste Abstand in Richtung der ersten und/oder der zweiten Flächennormale höchstens 10 mm, bevorzugt höchstens 5 mm, besonders bevorzugt höchstens 1 mm.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is the smallest distance in the direction of the first and / or the second surface normal at the most 10 mm, preferably at most 5 mm, more preferably at most 1 mm.

Diese Werte haben sich als besonders vorteilhaft für die Erzeugung möglichst kleiner sensitiver Volumina erwiesen.These Values have proven to be particularly beneficial for the generation as possible proved small sensitive volumes.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eines der folgenden Medien ausgebildet:

a) ein erstes Medium, bevorzugt zumindest teilweise ein elektrisch isolierendes erstes Medium, welches die erste und die zweite Spule voneinander trennt;
b) ein zweites Medium, welches auf der Seite der ersten Spule ausgebildet ist, die von der zweiten Spule abgewandt ist; oder
c) ein drittes Medium, welches auf einer von der ersten Spule abgewandten Seite der zweiten Spule ausgebildet ist.

According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, at least one of the following media is formed:

a) a first medium, preferably at least partially an electrically insulating first medium, which separates the first and the second coil from each other;
b) a second medium, which is formed on the side of the first coil, which faces away from the second coil; or
c) a third medium, which is formed on a side facing away from the first coil side of the second coil.

Die Ausbildung des ersten Mediums erlaubt in vorteilhafter Weise einen einfachen Aufbau der Vorrichtung, weil so die Spulen jeweils auf einer der Oberflächen des Mediums ausgebildet werden können. Das zweite Medium, speziell wenn es aus einem magnetischen Material wie insbesondere einem Hochfrequenzferrit ausgebildet ist, kann in vorteilhafter Weise zur magnetischen Abschirmung und somit zur Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses dienen. Das erste und/oder dritte Medium erlaubt in vorteilhafter Weise durch eine entsprechende Oberflächengestaltung beispielsweise mit hydrophilen und hydrophoben Teilbe reichen die Zentrierung entsprechender Proben so, dass sich diese im sensitiven Volumen der Vorrichtung befindet.The Training of the first medium advantageously allows one simple construction of the device because so the coils each on one of the surfaces of the medium can be formed. The second medium, especially if it is made of a magnetic material as in particular a high-frequency ferrite is formed, can advantageously for magnetic shielding and thus for increase the signal-to-noise ratio serve. The first and / or third medium allows in an advantageous manner Way through a corresponding surface design, for example with hydrophilic and hydrophobic Teilbe rich the centering of appropriate Samples so that they are in the sensitive volume of the device located.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das erste Medium zumindest teilweise aus Glas, bevorzugt Pyrex, Kunststoff und/oder magnetischen Materialien, insbesondere Hochfrequenz-Ferrit und/oder amorphen weichmagnetischen Materialien ausgebildet.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the first medium is at least partially made of glass, preferably Pyrex, Plastic and / or magnetic materials, in particular high-frequency ferrite and / or amorphous soft magnetic materials.

So können in vorteilhafter Weise die Spulen mittels konventioneller Leiterplattentechnologie hergestellt werden oder auch mittels lithografischer Strukturdefinition und mikrogalvanischer Abformung, beispielsweise unter Verwendung von UV-Licht. So können die erste und/oder die zweite Spule mittels spezieller Fotolacke auf das erste Medium aufgebracht werden. Die Ausbildung von zumindest Teilbereichen des ersten Mediums aus magnetischen Materialien führt zu einer Führung der Magnetfeldlinien hin zum sensitiven Volumen der Anordnung, so dass sich im sensitiven Volumen ein stärkeres Magnetfeld mit einem höheren Gradienten ergibt. Entsprechend können auch magnetische Materialien in der Ebene der zweiten Spule im wesentlichen parallel zu dieser ausgebildet sein.So can advantageously the coils by means of conventional printed circuit board technology be prepared or by means of lithographic structure definition and microgalvanic impression, for example using of UV light. So can the first and / or the second coil by means of special photoresists on the first medium are applied. The training of at least Partial areas of the first medium of magnetic materials leads to a guide the magnetic field lines towards the sensitive volume of the arrangement, so that in the sensitive volume a stronger magnetic field with a higher Gradient results. Accordingly, also magnetic materials formed in the plane of the second coil substantially parallel to this be.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zweite Medium aus Hochfrequenz-Ferrit und/oder amorphen weichmagnetischen Materialien ausgebildet.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is the second medium of high frequency ferrite and / or amorphous soft magnetic materials formed.

Amorphe weichmagnetische Materialien umfassen insbesondere CoNbZr oder FeCo.amorphous Soft magnetic materials include, in particular, CoNbZr or FeCo.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das dritte Medium zumindest teilweise aus Glas, bevorzugt Pyrex, Kunststoff und/oder magnetischen Materialien, insbesondere amorphen weichmagnetischen Materialien, ausgebildet.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the third medium is at least partially made of glass, preferably pyrex, plastic and / or magnetic materials, in particular amorphous soft magnetic materials, educated.

Die Auswahl der Medien erfolgt auch in Abhängigkeit von dem Kern und/oder den Eigenschaften der Probe, dessen/deren Signal aufgenommen werden soll. So kann in vorteilhafter Weise bei Detektion des Protonsignals das erste und das dritte Medium aus Glas ausgebildet sein. Bei der Ausbildung des ersten und/oder dritten Mediums aus Kunststoff muss insbesondere die transversale Relaxationszeit (Spin-Spin-Relaxationszeit) der Probe beachtet werden, da insbesondere beim Vermessen von Proben mit relativ langen transversalen Relaxationszeiten hier vorteilhafterweise ein harter Kunststoff mit kurzen transversalen Relaxationszeiten gewählt werden kann. Bei Proben, bei denen die transversale Relaxationszeit des NMR-Signals in der selben Größenordnung liegt wie das des Kunststoffs sollte das erste und/oder das dritte Medium nicht aus Kunststoff ausgebildet werden, da die Signale der Protonen im Kunststoff das Messsignal stören würden. Bei NMR an anderen Kernen, beispielsweise Deuteronen, können sowohl weiche als auch harte Kunststoffe als erstes und/oder drittes Medium zum Einsatz kommen.The choice of media also depends on the core and / or the properties of the sample whose signal is to be recorded. Thus, the first and the third medium may be formed of glass in an advantageous manner upon detection of the proton signal. In the formation of the first and / or third plastic medium, in particular the transverse relaxation time (spin-spin relaxation time) of the sample must be taken into account, since, in particular when measuring samples with relatively long transverse relaxation times, a hard plastic with short transverse relaxation times is advantageously chosen here can be. For samples where the transverse relaxa tion time of the NMR signal in the same order of magnitude as that of the plastic, the first and / or the third medium should not be made of plastic, since the signals of the protons in the plastic would disturb the measurement signal. In NMR on other cores, for example deuterons, both soft and hard plastics can be used as the first and / or third medium.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die von der zweiten Spule abgewandte Oberfläche des dritten Mediums und/oder des ersten Mediums in ersten Teilbereichen hydrophob und in zweiten Teilbereichen hydrophil ausgebildet, wobei bevorzugt die Teilbereiche so ausgebildet sind, dass Material mit einer wasserhaltigen Oberfläche, welches auf den Teilbereichen aufliegt, so auf der Oberfläche des ersten und/oder dritten Mediums zentriert wird, dass sich das Material zumindest teilweise im sensitiven Volumen befindet.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is the surface of the third medium remote from the second coil and / or of the first medium in the first sub-areas hydrophobic and in second Partial areas formed hydrophilic, wherein preferably the partial areas are formed so that material with a water-containing surface, which rests on the subregions, so on the surface of the centered first and / or third medium that the material at least partially in the sensitive volume.

Eine solche hydrophile oder hydrophobe Oberfläche kann beispielsweise durch die Ausbildung entsprechender Beschichtungen auf der Oberfläche des ersten und/oder des zweiten Mediums ausgebildet werden. Falls das dritte Medium nicht ausgebildet ist, kann eine entsprechende Beschichtung auch auf der zweiten Spule erzeugt werden. So kann in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung erzeugt werden, mittels derer biologisches Material in Kleinstmengen bis hin zu einzelnen Zellen mittels Niederfeld-NMR-Methoden vermessen werden können, bei dem das biologische Material ohne weitere aufwändige Maßnahmen im Bereich des sensitiven Volumens der Vorrichtung fixiert ist. Durch Ausbildung eines mit der NMR-Vorrichtung lösbar verbindbaren dritten Mediums mit entsprechender Oberflächenstruktur kann das dritte Medium als eine Art Objektträger verwendet werden, mittels dem die Probe oder die Proben neben einer NMR-Analyse auch anderen Analysen wie beispielsweise optischen Analysen unterzogen werden können, ohne die Probe(n) vom Objektträger entfernen oder verschieben zu müssen. So kann jeweils eine Probe unter weitgehend identischen Bedingungen in vorteilhafter Weise mit unterschiedlichen Analysemethoden untersucht werden, ohne die Bedingungen durch Manipulation der Probe(n) zwischen den unterschiedlichen Messungen zu verändern. Vorzugsweise ist eine solche Beschichtung biokompatibel, beispielsweise aus Polyurethan und/oder Polyparaxylelenen aufgebaut. Die grundsätzliche Ausbildung einer Beschichtung unabhängig von einer hydrophilen und/oder -phoben Eigenschaft kann in Abhängigkeit von der Probe vorteilhaft sein, um elektrische Kurzschlüsse beispielsweise durch das wässrige Medien in den zu untersuchenden Zellen zu verhindern.A Such hydrophilic or hydrophobic surface can, for example, by the formation of appropriate coatings on the surface of the first and / or the second medium are formed. If that third medium is not formed, can be a corresponding coating also be generated on the second coil. So can in advantageous A device are generated by means of which biological Material in very small quantities up to individual cells by means of low field NMR methods can be measured in which the biological material without further elaborate measures is fixed in the range of the sensitive volume of the device. By forming a releasably connectable to the NMR device third medium with appropriate surface structure For example, the third medium can be used as a type of slide by means of the sample or the samples apart from an NMR analysis also other Analyzes such as optical analyzes are subjected can, without removing the sample (s) from the slide or have to move. Thus, one sample can be used under substantially identical conditions investigated in an advantageous manner with different analysis methods Be without the conditions by manipulating the sample (s) between to change the different measurements. Preferably, one is Such coating biocompatible, such as polyurethane and / or Polyparaxylelenen built. The basic formation of a coating independent of a hydrophilic and / or -phoben property may be dependent be advantageous from the sample to electrical short circuits, for example through the watery Prevent media in the cells to be examined.

Weiterhin kann eine Fixierung des Probenmaterials im wesentlichen im sensitiven Volumen der Vorrichtung auch in vorteihafter Weise durch andere Mittel als die Ausbildung einer Beschichtung mit hydrophilen und/oder -phoben Eigenschaften erfolgen. Zum Beispiel kann eine solche Fixierung auch auf geometrischem Wege erfolgen, in dem zum Beispiel entsprechende Vertiefungen oder ähnliches in einem auf der dem sensitiven Volumen zugewandten Seite der zweiten Spule ausgebildeten Medium ausgebildet sind, die zur Aufnahme des Probenmaterials die nen. Auch eine Fixierung auf chemischem Wege ist möglich und erfindungsgemäß.Farther can a fixation of the sample material substantially in the sensitive Volume of the device also in vorteihafter way by other means as the formation of a coating with hydrophilic and / or -phoben Properties are made. For example, such a fixation also be done by geometric means, in which, for example, appropriate Depressions or the like in one on the sensitive volume facing side of the second Coil formed medium are formed for receiving the Sample material the NEN. Also a fixation by chemical means is possible and according to the invention.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine erste Spule so ausgebildet, dass sie einer maximalen Stromdichte von 0,5 Gigaampere pro Quadratmeter für einen Zeitraum von mindestens 300 Sekunden standhalten kann.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the at least one first coil is designed to be one maximum current density of 0.5 gigaamps per square meter for one Period of at least 300 seconds.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine zweite Spule so ausgebildet, dass sie einer maximalen Stromdichte von einem Gigaampere für einen Zeitraum von mindestens 300 Sekunden standhalten kann.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention the at least one second coil is designed to be one maximum current density of one giga ampere for a period of at least 300 seconds can withstand.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt eine mittlere Abmessung des sensitiven Volumens weniger als 200 μm, bevorzugt weniger als 150 μm, besonders bevorzugt weniger als 100 μm.According to one further advantageous embodiment of the device according to the invention is one mean dimension of the sensitive volume less than 200 microns, preferably less than 150 μm, especially preferably less than 100 microns.

Eine mittlere Abmessung bedeutet insbesondere den über alle Raumrichtungen gemittelten maximalen Durchmesser des sensitiven Volumens. Auch deutlich kleinere maximale Abmessungen sind möglich und erfindungsgemäß. Die hier genannten mittleren Abmessungen erlauben in vorteilhafter Weise die Aufnahme von NMR-Signalen aus Einzelzellen.A mean dimension means in particular the averaged over all spatial directions maximum diameter of the sensitive volume. Also much smaller maximum dimensions are possible and according to the invention. This one said average dimensions allow in an advantageous manner the uptake of NMR signals from single cells.

Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird ferner ein Verfahren zur Erfassung von Kernspinresonanz (NMR)-Daten einer Probe in einem zeitlich im wesentlichen konstanten räumlich inhomogenen Magnetfeld vorgeschlagen, bei dem das Magnetfeld durch mindestens eine planare erste Spule erzeugt wird, die von einem Gleichstrom durchflossen wird, durch mindestens eine planare zweite Spule eine magnetische Polarisation in der Probe mittels eines e lektromagnetischen Pulses, bevorzugt einer Frequenz von weniger als 40 MHz, angeregt und ein durch die angeregte magnetische Polarisation in der Probe erzeugtes NMR-Signal mit der zweiten Spule detektiert wird, wobei die mindestens eine erste Spule in einer ersten offenen Fläche um mindestens einen ersten Aufpunkt und die mindestens eine zweite Spule in einer zweiten offenen Fläche um mindestens einen zweiten Aufpunkt gewickelt ist, wobei die Projektion der zweiten Spule auf eine Ebene, die senkrecht zu einer ersten Flächennormalen der ersten offenen Fläche im ersten Aufpunkt ist, innerhalb der Projektion der ersten Spule auf diese Ebene liegt.According to a further aspect of the inventive concept, a method is further proposed for acquiring nuclear magnetic resonance (NMR) data of a sample in a temporally substantially constant spatially inhomogeneous magnetic field, in which the magnetic field is generated by at least one planar first coil, which is a direct current is traversed by at least one planar second coil, a magnetic polarization in the sample by means of a e lektromagnetischen pulse, preferably a frequency of less than 40 MHz, excited and detected by the excited magnetic polarization in the sample generated NMR signal with the second coil is, wherein the at least one first coil gewi in a first open area around at least one first point of reference and the at least one second coil in a second open area about at least one second Aufpunkt The projection of the second coil onto a plane which is perpendicular to a first surface normal of the first open surface in the first reference point lies within the projection of the first coil on this plane.

Bei Untersuchung des Signals von Protonen entspricht die Resonanzfrequenz von 40 MHz einem Magnetfeld von einem Tesla. Bei der Untersuchung des Signals von anderen Kernen erfolgt bevorzugt auch die Erzeugung eines Magnetfeldes von einem Tesla oder weniger, so dass sich die Resonanzfrequenz entsprechend dem Verhältnis der gyromagnetischen Verhältnisse reduzieren.at Examination of the signal from protons corresponds to the resonance frequency of 40 MHz a magnetic field of a Tesla. In the investigation of the Signal from other cores is preferably also the generation a magnetic field of a Tesla or less, so that the Resonant frequency corresponding to the ratio of the gyromagnetic conditions to reduce.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens überlappen die Projektion der zweiten Spule auf die Ebene, die senkrecht zu einer ersten Flächennormalen der ersten offenen Fläche im ersten Aufpunkt ist und die Projektion der ersten Spule auf die Ebene, einander zumindest teilweise.According to one overlap advantageous embodiment of the method according to the invention the projection of the second coil on the plane perpendicular to a first surface normal the first open area in the first point of view and the projection of the first coil on the Level, each other at least partially.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das durch die mindestens eine erste Spule erzeugte Magnetfeld in einer Ebene, die die erste Flächennormale der ersten Fläche im ersten Aufpunkt enthält, einen Gradienten von 0,1 T/m (Tesla pro Meter) bis 100 T/m auf.According to one further advantageous embodiment of the method according to the invention has the magnetic field generated by the at least one first coil in a plane that is the first surface normal the first surface contains in the first point of a gradient of 0.1 T / m (Tesla per meter) to 100 T / m.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine erste Spule von einem Strom von zwischen 1 Milliampere und 100 Ampere, bevorzugt zwischen 10 Milliampere und 10 Ampere, besonders bevorzugt zwischen 100 Milliampere und 1 Ampere, durchflossen.According to one further advantageous embodiment of the method according to the invention is the at least one first coil of a stream of between 1 milliamp and 100 amps, preferably between 10 milliamps and 10 amps, more preferably between 100 milliamps and 1 amp, flowed through.

Da es sich hier um kontinuierlich anliegenden Gleichstrom handelt, muss die mindestens eine erste Spule entsprechend ausgebildet sein, insbesondere einer Dauerbelastung mit diesem Strom standhalten können. Dauerbelastung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die mindestens eine erste Spule diesem Strom für einen vollständigen Messzyklus, insbesondere wenigstens 1 s, bevorzugt wenigstens 5 s, besonders bevorzugt wenigstens 300 s standhalten können muss, ohne sich strukturell zu verändern.There this is a continuous direct current, the at least one first coil must be designed accordingly, especially withstand a continuous load with this stream. continuous load means in this context that the at least one first Coil this current for a complete one Measuring cycle, in particular at least 1 s, preferably at least 5 s, more preferably at least 300 s, without structurally changing.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Spule mit einem Strom von zwischen 1 Milliampere und 100 Ampere, bevorzugt einem Strom von zwischen 10 Milliampere und 10 Ampere, besonders bevorzugt von zwischen 100 Milliampere und 1 Ampere durchflossen.According to one further advantageous embodiment of the method according to the invention the second coil will have a current of between 1 milliampere and 100 amperes, preferably a current of between 10 milliamperes and 10 amps, more preferably between 100 milliamps and 1 amp flowed through.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Spule gepulst betrieben mit Pulslängen von bis zu 10 μs, bevorzugt von bis zu 5 μs, besonders bevorzugt von bis zu 3 μs.According to one further advantageous embodiment of the method according to the invention the second coil is operated pulsed with pulse lengths of up to to 10 μs, preferably up to 5 μs, more preferably up to 3 μs.

Auch Pulslängen von weniger als einer Mikrosekunde (μs), sowie die Anwendung von Pulsfolgen mit einer Mehr- oder Vielzahl von Pulsen, wie beispielsweise die sogenannte Carr-Purcell-Meiboom-Gill- oder die Stimulated-Spin-Echo-Sequenz, sind möglich und erfindungsgemäß.Also pulse lengths less than a microsecond (μs), as well as the application of Pulse trains with a multiple or plurality of pulses, such as the so-called Carr-Purcell-Meiboom-Gill or the Stimulated-Spin-Echo-Sequence possible and according to the invention.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbarten Details und Vorteile sind gleichermaßen auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar und auch für dieses vorteilhaft. Gleiches gilt für Vorteile und Details des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ebenso für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft und anwendbar sind. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgesetzt werden.The disclosed in connection with the device according to the invention Details and advantages are equally on the inventive method applicable and also for this advantageous. The same applies to advantages and details of the method according to the invention, the same for the device according to the invention advantageous and applicable. In particular, the inventive method with a device according to the invention be implemented.

Weitere Details und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung für bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist. Es zeigen:Further Details and advantages of the invention will be described below with reference to the Drawing for preferred embodiments shown, without the invention being limited thereto. Show it:

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht; 1 schematically a first embodiment of the device according to the invention in plan view;

2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht; 2 schematically a second embodiment of the device according to the invention in plan view;

3 schematisch das zweite Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt; 3 schematically the second embodiment in a longitudinal section;

4 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht; 4 schematically a third embodiment of the device according to the invention in plan view;

5 schematisch eine erste mögliche Wickelform der zweiten Spule; 5 schematically a first possible winding shape of the second coil;

6 schematisch eine zweite mögliche Wickelform der zweiten Spule; 6 schematically a second possible winding shape of the second coil;

7 schematisch eine dritte mögliche Wickelform der zweiten Spule; 7 schematically a third possible winding shape of the second coil;

8 schematisch eine dritte mögliche Wickelform der zweiten Spule; und 8th schematically a third possible winding shape of the second coil; and

9 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spule in einem Längsschnitt. 9 schematically a fourth embodiment of the coil according to the invention in a longitudinal section.

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht. Zu erkennen sind zwei erste Spulen 1 und schematisch angedeutet eine in Form eins Zeichens Acht gewickelte zweite Spule 2. Bei beiden Spulen 1, 2 handelt es sich um planare Spulen, das heißt, die zwei ersten Spulen 1 sind jeweils in einer ersten offenen Fläche 3 um jeweils einen ersten Aufpunkt 4 und die mindestens eine zweite Spule 2 in einer zweiten offenen Fläche 5 um zwei zweite Aufpunkte 6 gewickelt ist. Die zweite Spule 2 weist eine entsprechende Verschaltung auf, so dass es sich bei der zweiten Spule 2 um eine doppelspiralförmige Spule aus zwei Spulenteilen in Form einer Ziffer Acht handelt. Die Aufpunkte 4, 6 stellen jeweils Symmetriezentren der ersten Spulen 1 und jeweils der einzelnen Teile der zweiten Spule 2 dar. Die Projektion der zweiten Spule 2 auf eine Ebene, die senkrecht zu einer ersten Flächennormalen 7 der ersten offenen Fläche 3 im ersten Aufpunkt 4 ist, liegt innerhalb der Projektion der ersten Spule 1 auf die Ebene, die senkrecht zur ersten Flächennormalen 7 der ersten offenen Fläche 3 im ersten Aufpunkt 4. Innerhalb bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Projektion der zweiten Spule 2 auf die Ebene, die senkrecht zur ersten Flächennormalen 7 im ersten Aufpunkt 4 ist, nicht über die Projektion der ersten Spule 1 auf diese Ebene hinausragt. Bei dem hier gezeigten Beispiel liegen die beiden ersten Spulen 1 und die zweite Spule 2 in einer gemeinsamen Ebene, jedoch können die Spulen auch einander zumindest teilweise überlappend ausgebildet sein. Die Spulen 1, 2 sind in vorliegendem Ausführungsbeispiel jeweils in einer Ebene, also einer nicht gekrümmten Fläche ausgebildet, wobei sie auch in gekrümmten Flächen ausgebildet sein können. Die Spulen 1, 2 sind planar, also jeweils in einer offenen Fläche gewickelt, das heißt, in einer Fläche, bei deren stetigen Durchlaufen in jeder Richtung von einem beliebigen Punkt dieser nicht wieder erreicht werden kann, ohne die Fläche zu verlassen. Im Gegensatz hierzu steht beispielsweise eine Kugel oder auch ein Zylinder. Die zweite offene Fläche 5 weist jeweils in den zweiten Aufpunkten 6 zweite Flächennormalen 8 auf. Weitere Teile der NMR-Vorrichtung wie insbesondere Widerstände und Kondensatoren, die bevorzugt zumindest teilweise zu Abstimmungszwecken regelbar sein können, sowie weitere Bauteile wie insbesondere Spannungsquellen, Filter etc. sind aus Gründen der Übersicht nicht eingezeichnet. 1 schematically shows a first embodiment of the device according to the invention in plan view. To recognize are two first coils 1 and schematically indicated a second coil wound in the form of one character eight 2 , For both coils 1 . 2 these are planar coils, that is, the first two coils 1 are each in a first open area 3 in each case a first Aufpunkt 4 and the at least one second coil 2 in a second open area 5 at two second points 6 is wound. The second coil 2 has a corresponding interconnection, so that it is the second coil 2 is a double spiral coil of two parts of a coil in the form of a figure eight. The Aufpunkte 4 . 6 each provide centers of symmetry of the first coils 1 and each of the individual parts of the second coil 2 dar. The projection of the second coil 2 on a plane perpendicular to a first surface normal 7 the first open area 3 in the first point of view 4 is within the projection of the first coil 1 to the plane perpendicular to the first surface normal 7 the first open area 3 in the first point of view 4 , Within this context means that the projection of the second coil 2 to the plane perpendicular to the first surface normal 7 in the first point of view 4 is not about the projection of the first coil 1 protrudes to this level. In the example shown here are the first two coils 1 and the second coil 2 in a common plane, however, the coils may also be at least partially overlapping each other. The spools 1 . 2 are each formed in a plane, ie a non-curved surface in the present embodiment, wherein they may also be formed in curved surfaces. The spools 1 . 2 are planar, ie each wrapped in an open area, that is, in an area whose continuous passage in any direction from any point this can not be reached again without leaving the area. In contrast, for example, is a ball or a cylinder. The second open area 5 points in each case in the second Aufpunkte 6 second surface normals 8th on. Other parts of the NMR device such as in particular resistors and capacitors, which may be preferably at least partially controllable for tuning purposes, and other components such as voltage sources, filters, etc. are not shown for reasons of clarity.

2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die beiden ersten Spulen 1 und die zweite Spule 2 in verschiedenen Ebenen ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Projektion der zweiten Spule 2 auf die Ebene, die senkrecht zur ersten Flächennormalen in einem der ersten Aufpunkte 4 liegt, nicht nur innerhalb der Projektion der beiden ersten Spulen 1 auf diese Ebene, vielmehr überlappen sich die beiden Projektionen. 2 schematically shows a second embodiment of the device according to the invention, in which the two first coils 1 and the second coil 2 are formed in different levels. In this embodiment, the projection of the second coil is located 2 on the plane perpendicular to the first surface normal in one of the first points of reference 4 not just within the projection of the first two coils 1 on this level, rather overlap the two projections.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein erstes Medium 9 aufweisen, wie der schematische Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 3 zeigt. Auf einer ersten Seite 10 des ersten Mediums 9 sind die beiden ersten Spulen 1 ausgebildet, während auf einer zweiten, der ersten Seite 10 gegenüberliegenden Seite 11 des ersten Mediums 9 die zweite Spule 2 ausgebildet ist. Die beiden ersten Spulen 1 erzeugen beim Betrieb mit einem Gleichstrom ein erstes Magnetfeld 12, welches in 3 durch einige seiner Feldlinien angedeutet ist. Dieses erste Magnetfeld 12 ist zeitlich im wesentlichen homogen und räumlich inhomogen, wie den gezeigten Feldlinien zu entnehmen ist. Dieses erste Magnetfeld 12 führt zum Aufbau einer magnetischen Polarisation von Kernspins wie beispielsweise dem Kernspin von Protonen (¹H) in der Probe 13, die beispielsweise eine einzelne biologische Zelle darstellt. Die Probe 13 liegt innerhalb des sensitiven Volumens 16 der Vorrichtung.A device according to the invention may, for example, be a first medium 9 have, as the schematic longitudinal section through the second embodiment of the device according to the invention in 3 shows. On a first page 10 of the first medium 9 are the first two coils 1 trained while on a second, the first page 10 opposite side 11 of the first medium 9 the second coil 2 is trained. The first two coils 1 generate a first magnetic field when operating with a direct current 12 which is in 3 indicated by some of its field lines. This first magnetic field 12 is temporally substantially homogeneous and spatially inhomogeneous, as can be seen from the field lines shown. This first magnetic field 12 leads to the formation of a magnetic polarization of nuclear spins such as the nuclear spin of protons ( ¹ H) in the sample 13 which represents, for example, a single biological cell. The sample 13 lies within the sensitive volume 16 the device.

Durch die zweite Spule 2 wird ein zweites Magnetfeld 14 erzeugt, welches durch einige seiner Feldlinien angedeutet ist. Diese zweite Spule 2 wird bevorzugt gepulst betrieben, so dass innerhalb der Probe eine Auslenkung der Polarisation der Kernspins erfolgt, deren zeitlicher Verlauf wiederum eine Spannung in der zweiten Spule 2 induziert, deren Verlauf aufgezeichnet wird. Zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses ist weiterhin ein zweites Medium 15 ausgebildet, welches magnetisch ist und wie dargestellt der Abschirmung zumindest des Magnetfeldes der ersten Spule 1 dient. Das zweite Medium 15 kann beispielsweise aus Hochfrequenz-Ferrit und/oder amorphen weichmagnetischen Materialien wie beispielsweise CoNbZr oder FeCoB ausgebildet werden.Through the second coil 2 becomes a second magnetic field 14 generated, which is indicated by some of its field lines. This second coil 2 is preferably operated pulsed, so that within the sample, a deflection of the polarization of the nuclear spins takes place, the time course, in turn, a voltage in the second coil 2 induced, whose course is recorded. To improve the signal-to-noise ratio is still a second medium 15 formed, which is magnetic and as shown the shield at least the magnetic field of the first coil 1 serves. The second medium 15 For example, it may be formed of high frequency ferrite and / or amorphous soft magnetic materials such as CoNbZr or FeCoB.

Durch die Erzeugung des ersten Magnetfeldes 12 durch die ersten Spulen 1, sowie die Ausbildung der ersten Spulen 1 und der zweiten Spule 2 jeweils als planare Spulen ist in vorteilhafter Weise durch die Überlappung der Spulen 1, 2 oder auch dadurch, dass die zweite Spule 2 innerhalb der ersten Spule 1 liegt, ein möglichst geringes sensitives Volumen 16 möglich, dessen Größe im wesentlichen der einer einzelnen biologischen Zelle entspricht. Hierbei ist einerseits vorteilhaft, dass das das sensitive Volumen 16 nicht wesentlich größer als die zu vermessende Probe 13 ist, da sensitives Volumen 16, welches nicht mit Probe gefüllt ist, zu einem vermehrten Rauschen führt, und andererseits das sensitive Volumen 16 kleiner als die Probe ist, da es dann zu Rückfaltungen des Messsignals außerhalb des sensitiven Volumens 16 in die Messung der Probe 13 innerhalb des sensitiven Volumens 16 kommen kann, die durch zusätzliche Maßnahmen unterbunden werden müssen.By generating the first magnetic field 12 through the first coils 1 , as well as the formation of the first coils 1 and the second coil 2 each as planar coils is advantageously by the overlap of the coils 1 . 2 or also in that the second coil 2 within the first coil 1 is the lowest possible sensitive volume 16 possible, whose size substantially corresponds to that of a single biological cell. On the one hand, it is advantageous that this is the sensitive volume 16 not significantly larger than the sample to be measured 13 is because sensitive volume 16 , which is not filled with sample, leads to increased noise, and on the other hand, the sensitive volume 16 is smaller than the sample, since then there are refolds of the measurement signal outside the sensitive volume 16 in the measurement of the sample 13 within the sensitive volume 16 can be prevented by additional measures.

Die Spulen 1, 2 des in 3 im Längsschnitt schematisch gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen in Richtung sowohl der ersten Flächennormalen 7 als auch in Richtung der zweiten Flächennormalen 8, die in vorliegendem Ausführungsbeispiel parallel zueinander und der Über sichtlichkeit halber neben den Spulen 1, 2 eingezeichnet sind, einen Abstand 17 zueinander auf. Da die Spulen 1, 2 parallel zueinander ausgebildet sind, ist dieser Abstand 17 über die Fläche der zweiten Spule 2 konstant. Jedoch ist es erfindungsgemäß möglich, dass die mindestens eine erste Spule 2 und/oder die mindestens eine zweite Spule 2 nicht in einer Ebene, sondern in einer gekrümmten Fläche ausgebildet sind. In diesem Fall ist der Abstand 17 nicht konstant. Vorteilhafterweise beträgt der geringste Abstand 17 in Richtung der ersten 7 und/oder der zweiten Flächennormale 8 höchstens ein Zehntel der maximalen Ausdehnung der ersten 1 und/oder der zweiten Spule 2 in einer Ebene senkrecht zur ersten 7 und/oder zur zweiten Flächennormalen 8. Bevorzugt beträgt der geringste Abstand weniger als 1 mm.The spools 1 . 2 of in 3 in a longitudinal section schematically shown second embodiment of the device according to the invention in the direction of both the first surface normal 7 as well as in the direction of the second surface normal 8th , in the present embodiment, parallel to each other and the sake of clarity, in addition to the coils 1 . 2 are drawn, a distance 17 to each other. Because the coils 1 . 2 are formed parallel to each other, this distance 17 over the surface of the second coil 2 constant. However, it is possible according to the invention that the at least one first coil 2 and / or the at least one second coil 2 not in a plane but in a curved surface are formed. In this case, the distance is 17 not constant. Advantageously, the smallest distance 17 in the direction of the first 7 and / or the second surface normal 8th at most one tenth of the maximum extent of the first 1 and / or the second coil 2 in a plane perpendicular to the first 7 and / or the second surface normal 8th , Preferably, the smallest distance is less than 1 mm.

Beispielsweise führt ein Gleichstrom von 0,25 Ampere in der in 3 gezeigten Anordnung der ersten Spule 1 zu einem Magnetfeld von 10 bis 50 mT im sensitiven Volumen 16, welches etwa 0,2 μl groß und in axialer Richtung in Richtung der ersten Flächenormale 7 in einem Abstand von etwa 6 mm von der zweiten Spule 2 beabstandet ist. Dies führt zu einer Resonanzfrequenz für Protonen (¹H) von etwa 0,4 bis 2 MHz im sensitiven Volumen 16.For example, a DC current of 0.25 amps results in the 3 shown arrangement of the first coil 1 to a magnetic field of 10 to 50 mT in the sensitive volume 16 , which is about 0.2 .mu.l in size and in the axial direction in the direction of the first surface normal 7 at a distance of about 6 mm from the second coil 2 is spaced. This results in a resonant frequency for protons ( ¹ H) of about 0.4 to 2 MHz in the sensitive volume 16 ,

4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese weist sechs erste Spulen 1 und vier zweite Spulen 2 auf, die eine matrixartige Anordnung bilden, mit der gleichzeitig vier Proben 13 vermessen werden können. Die einzelnen Anordnungen aus jeweils zwei ersten Spulen 1 und einer zweiten Spule 2 können in vorteilhafter Weise dem in 2 und 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen. Durch beispielsweise eine entsprechende Beschichtung auf der von der ersten Spule 1 abgewandten zweiten Seite 11 des Mediums, bei der in ersten Teilbereichen 18 eine hydrophobe und in zweiten Teilbereichen 19 eine hydrophile Beschichtung ausgeführt ist, kann erreicht werden, dass Proben 13 aus biologischem Material relativ genau innerhalb des sensitiven Volumens 16 fixiert werden können. Diese Beschichtung kann auf der entsprechenden Oberfläche des ersten Mediums, aber auch auf einem nicht gezeigten dritten Medium, welches auf der von der ersten Spule 1 abgewandten Seite der zweiten Spule 2 ausgebildet ist, erfolgen. Dieses dritte Medium kann in vorteilhafter Weise als lösbar mit der NMR-Vorrichtung verbindbarer Objekt- bzw. Probenträger ausgebildet sein. Ein solcher Objektträger ermöglicht die Analyse derselben Proben mit unterschiedlichen Messmethoden, ohne dass zwischen den Messungen eine erneute Manipulation der Probe(n) nötig wäre, die insbesondere auf eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse Einfluss hätte. Das dritte Ausführungsbeispiel kann in vorteilhafter Weise in einer Art NMR Kombinatorik eingesetzt werden. 4 schematically shows a third embodiment of the device according to the invention. This has six first coils 1 and four second coils 2 which form a matrix-like arrangement with four samples simultaneously 13 can be measured. The individual arrangements of two first coils 1 and a second coil 2 can be advantageously in the 2 and 3 correspond to the second embodiment shown. By, for example, a corresponding coating on that of the first coil 1 remote second side 11 of the medium, in the first subareas 18 a hydrophobic and in second parts 19 a hydrophilic coating is performed, it can be achieved that samples 13 from biological material relatively accurately within the sensitive volume 16 can be fixed. This coating can be on the corresponding surface of the first medium, but also on a third medium, not shown, which on that of the first coil 1 opposite side of the second coil 2 is formed, done. This third medium can advantageously be designed as a detachable object or sample carrier that can be connected to the NMR device. Such a slide allows the analysis of the same samples with different measurement methods, without the need for a new manipulation of the sample (s) between the measurements, which in particular would influence the comparability of the measurement results. The third embodiment can be used advantageously in a kind of NMR combinatorics.

Die 5 bis 8 zeigen schematisch mögliche Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße zweite Spule 2. 5 zeigt eine im wesentlichen spiralförmige zweite Spule 2, die einen zweiten Aufpunkt 6 als Symmetriezentrum aufweist. Die zweite Spule 2 weist bei diesem Beispiel eine im wesentlichen viereckige Geometrie auf, beispielsweise ist aber auch eine im wesentlichen kreisförmige oder ellipsenförmige Symmetrie möglich und erfindungsgemäß. Weiterhin ist die zweite Spule 2 mit einer pulsbar betreibbaren Hochfrequenzspannungsquelle 20 verbunden.The 5 to 8th schematically show possible embodiments of a second coil according to the invention 2 , 5 shows a substantially helical second coil 2 that have a second point of reference 6 as a center of symmetry. The second coil 2 has in this example a substantially quadrangular geometry, but for example, a substantially circular or elliptical symmetry is possible and according to the invention. Furthermore, the second coil 2 with a pulse-operated high-frequency voltage source 20 connected.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zweiten Spule 2, die doppelspiralförmig in Form im wesentlichen einer Ziffer Acht mit zwei zweiten Aufpunkten 6 ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teilbereiche der Ziffer Acht hier eine im wesentlichen viereckige Geometrie aufweisen. Diese Teilbereiche können beispielsweise auch eine im wesentlichen kreis- oder ellipsenförmige Geometrie aufweisen. 7 zeigt eine zweite Spule 2 in Form im wesentlichen eines vierblättrigen Kleeblatts mit vier zweiten Aufpunkten 6. Auch hier liegt bei den einzelnen Teilbereichen im wesentlichen viereckige Geometrie vor, wobei auch bei spielsweise eine im wesentlichen kreis- oder ellipsenförmige Geometrie der einzelnen Teilbereiche möglich und vorteilhaft ist. 8 zeigt eine weitere mögliche Ausbildung der zweiten Spule 2, die schlangenlinienförmig ausgebildet ist. Diese Form der zweiten Spule 2 weist sechs zweite Aufpunkte 6 auf. Auch weisen die einzelnen Teilbereich der zweiten Spule 2 eine im wesentlichen viereckige Geometrie auf, die aber beispielsweise auch kreis- oder ellipsenförmig sein kann. 6 shows a further embodiment of a second coil 2 , the double spiral in the form of essentially a numeral eight with two second Aufpunkte 6 is formed, wherein the individual portions of the figure eight here have a substantially quadrangular geometry. These subregions may for example also have a substantially circular or elliptical geometry. 7 shows a second coil 2 in the form of essentially a four-leaf cloverleaf with four second Aufpunkte 6 , Here, too, in the individual subareas essentially rectangular geometry is present, wherein even with example a substantially circular or elliptical geometry of the individual subregions is possible and advantageous. 8th shows a further possible embodiment of the second coil 2 , which is serpentine. This form of the second coil 2 has six second points 6 on. Also, the individual portion of the second coil 2 a substantially quadrangular geometry, but for example, may also be circular or elliptical.

9 zeigt ein schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spule in einem Längsschnitt. Dieses gleicht weitgehend dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, so dass hier nur die Unterschiede zu letzterem aufgezeigt werden sollen. Das erste Medium 9 ist in dritten Teilbereichen 21 aus einem Glas und in vierten Teilbereichen 22 aus magnetischen Materialien wie beispielsweise Hochfrequenz-Ferrit ausgebildet. Weiterhin sind fünfte Teilbereiche 23 aus magnetischen Materialien ausgebildet, die in der Ebene der zweiten Spule 2 liegen. Durch die Ausbildung von magnetischen Teilbereichen 22, 23 erfolgt eine bessere Führung des Magnetfeldes hin zur Probe 13, so dass sich im sensitiven Volumen 16 ein stärkeres erstes Magnetfeld 12 mit einem höheren Gradienten des Magnetfeldes 12 ergibt. Die fünften Teilbereiche 23 haben eine Unterbrechung 24, in der die zweite Spule 2 ausgebildet ist. Oberhalb der Unterbrechung 24 liegt das sensitive Volumen 16 gegebenenfalls mit der Probe 13. Bevorzugt ist die Unterbrechung 24 kleiner als der Abstand 17 zwischen erster Spule 1 und zweiter Spule 2. 9 shows a schematic of a fourth embodiment of the coil according to the invention in a longitudinal section. This is similar to the one in 3 shown embodiment, so that only the differences to the latter should be shown here. The first medium 9 is in third parts 21 from a glass and in fourth sections 22 formed of magnetic materials such as high-frequency ferrite. Furthermore, there are fifth subareas 23 made of magnetic materials that are in the plane of the second coil 2 lie. Through the formation of magnetic subregions 22 . 23 there is better guidance of the magnetic field towards the sample 13 , so that in the sensitive volume 16 a stronger first magnetic field 12 with a higher gradient of the magnetic field 12 results. The fifth subareas 23 have a Unterbre chung 24 in which the second coil 2 is trained. Above the break 24 is the sensitive volume 16 optionally with the sample 13 , The interruption is preferred 24 less than the distance 17 between first coil 1 and second coil 2 ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, sowie das erfindungsgemäße Verfahren erlauben es aufgrund des erreichten geringen sensitiven Volumens 16 erstmals, mittels einseitiger Niederfeld-NMR während einer relativ kurzen Messzeit NMR-Signale mit einem guten Signal-Rauschverhältnis von sehr kleinen Proben 13, insbesondere von einzelnen biologischen Zellen aufzunehmen.The device according to the invention, as well as the method according to the invention allow it due to the achieved low sensitive volume 16 For the first time, NMR signals with a good signal-to-noise ratio of very small samples were obtained by one-sided low-field NMR over a relatively short measurement time 13 , in particular of individual biological cells.

11: erste Spulefirst Kitchen sink
22: zweite Spulesecond Kitchen sink
33: erste offene Flächefirst open area
44: erster Aufpunktfirst reference point
55: zweite offene Flächesecond open area
66: zweiter Aufpunktsecond reference point
77: erste Flächennormalefirst surface normal
88th: zweite Flächennormalesecond surface normal
99: erstes Mediumfirst medium
1010: erste Seite des ersten Mediumsfirst Side of the first medium
1111: zweite Seite des ersten Mediumssecond Side of the first medium
1212: erstes Magnetfeldfirst magnetic field
1313: Probesample
1414: zweites Magnetfeldsecond magnetic field
1515: zweites Mediumsecond medium
1616: sensitives Volumensensitive volume
1717: Abstanddistance
1818: erster Teilbereichfirst subregion
1919: zweiter Teilbereichsecond subregion
2020: HochfrequenzspannungsquelleHigh frequency power source
2121: dritter Teilbereichthird subregion
2222: vierter Teilbereichfourth subregion
2323: fünfter Teilbereichfifth section
2424: Unterbrechunginterruption

Claims

Device for detecting nuclear magnetic resonance (NMR) data with a sensitive volume ( 16 ) comprising at least one planar first coil ( 1 ) for generating a temporally substantially homogeneous, spatially inhomogeneous magnetic field ( 12 ) and at least one planar second coil ( 2 ) for generating and / or for detecting a high-frequency electromagnetic field ( 14 ), the device having a resonance frequency for protons of substantially less than 40 MHz, the at least one first coil ( 1 ) in a first open area ( 3 ) by at least one first reference point ( 4 ) and the at least one second coil ( 2 ) in a second open area ( 5 ) by at least one second point ( 6 ), characterized in that the projection of the second coil ( 2 ) to a plane perpendicular to a first surface normal ( 7 ) of the first open area ( 3 ) in the first point of 4 ), within the projection of the first coil ( 1 ) lies on this level.

Device according to claim 1, characterized in that the projection of the second coil ( 2 ) to the plane perpendicular to a first surface normal ( 7 ) of the first open area ( 3 ) in the first point of 4 ) and the projection of the first coil ( 1 ) to this level, at least partially overlapping each other.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second coil ( 2 ) has at least one of the following shapes: a) spirally of substantially circular geometry; b) spirally with substantially polygonal, preferably quadrangular geometry; c) double helical in shape substantially one digit eight; d) a plurality of spirals in the form of essentially a multi-leaflet clover, in particular a four-leaf cloverleaf; or e) essentially serpentine.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first coil ( 1 ) has at least one of the following shapes: a) spirally of substantially circular geometry; b) spiral with a substantially elliptical geometry; or c) spirally with substantially polygonal, preferably quadrangular geometry.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first coil ( 1 ) has at least one winding plane.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first coil ( 1 ) is connected to a DC power supply.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second coil ( 2 ) with a high frequency power source ( 20 ), in particular a pulse-operated high-frequency voltage source ( 20 ) connected is.

Device according to one of the preceding claims, in which the second open surface ( 5 ) a second surface normal ( 8th ) in the second point ( 6 ), characterized in that the first of fene surface ( 3 ) and the second surface ( 5 ) in the direction of the first ( 7 ) and / or the second surface normal ( 8th ) a distance ( 17 ) exhibit.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the smallest distance ( 17 ) in the direction of the first ( 7 ) and / or the second surface normal ( 8th ) at most one tenth of the maximum extent of the first and / or the second coil in a plane perpendicular to the first ( 7 ) and / or the second surface normal ( 8th ) is.

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the smallest distance ( 17 ) in the direction of the first ( 7 ) and / or the second surface normal ( 8th ) is at most 10 mm, preferably at most 5 mm, particularly preferably at most 1 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following media is formed: a) a first medium ( 9 ), preferably at least partially an electrically insulating first medium ( 9 ), which is the first ( 1 ) and the second coil ( 2 ) separates from each other; b) a second medium ( 15 ), which on the side of the first coil ( 1 ) formed by the second coil ( 2 ) is turned away; or c) a third medium which is on one of the first coil ( 1 ) facing away from the second coil ( 2 ) is trained.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the first medium ( 9 ) is at least partially formed of air, glass, preferably Pyrex, plastic and / or magnetic materials, in particular high-frequency ferrite and / or amorphous soft magnetic materials.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the second medium ( 15 ) is formed of high-frequency ferrite and / or magnetic materials, in particular amorphous soft magnetic materials.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized that the third medium is at least partially made of glass, preferably Pyrex, plastic and / or magnetic materials, in particular high-frequency ferrite and / or amorphous soft magnetic materials is formed.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that that of the second coil ( 2 ) facing away from the surface of the third medium and / or the first medium ( 9 ) in the first subareas ( 18 ) hydrophobic and in second subregions ( 19 ) is hydrophilic, wherein preferably the subregions ( 18 . 19 ) are formed so that material with a water-containing surface, which on the subregions ( 18 . 19 ), so on the surface of the first ( 9 ) and / or third medium, that the material is at least partially in the sensitive volume ( 16 ) is located.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first coil ( 1 ) is designed so that it can withstand a maximum current density of 0.5 Gigaampere per square meter for a period of at least 300 seconds.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second coil ( 2 ) is designed so that it can withstand a maximum current density of one giga ampere per square meter for a period of at least 300 seconds.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that an average dimension of the sensitive volume ( 16 ) is less than 200 microns, preferably less than 150 microns, more preferably less than 100 microns.

Method for acquiring nuclear magnetic resonance (NMR) data of a sample ( 13 ) in a spatially substantially constant spatially inhomogeneous magnetic field ( 12 ), in which the magnetic field ( 12 ) by at least one planar first coil ( 1 ), which is traversed by a direct current through at least one planar second coil ( 2 ) a magnetic polarization in the sample ( 13 ) by means of an electromagnetic pulse, preferably a frequency of less than 40 MHz, and excited by the excited magnetic polarization in the sample ( 13 ) generated NMR signal with the second coil ( 2 ) is detected, wherein the at least one first coil ( 1 ) in a first open area ( 3 ) by at least one first reference point ( 4 ) and the at least one second coil ( 2 ) in a second open area ( 5 ) by at least one second receptor point ( 6 ), the projection of the second coil ( 2 ) to a plane perpendicular to a first surface normal ( 7 ) of the first open area ( 3 ) in the first point of 4 ), within the projection of the first coil ( 1 ) lies on this level.

Method according to claim 19, characterized in that the projection of the second coil ( 2 ) to the plane perpendicular to a first surface normal ( 7 ) of the first open area ( 3 ) in the first point of 4 ) and the projection of the first coil ( 1 ) to this level, at least partially overlapping each other.

A method according to claim 19 or 20, characterized in that by the mindes at least one first coil ( 1 ) generated magnetic field ( 12 ) in a plane containing the first surface normal ( 7 ) of the first surface ( 3 ) in the first point of 4 ) has a gradient of 0.1 T / m to 100 T / m.

Method according to one of claims 19 to 21, characterized in that the at least one first coil ( 1 ) flows through a current of between 1 milliampere and 100 amps, preferably between 10 milliamps and 10 amps, more preferably between 100 milliamps and 1 ampere.

Method according to one of claims 19 to 22, characterized in that the second coil ( 2 ) is flowed through with a current of between 1 milliampere and 100 amperes, preferably a current of between 10 milliamperes and 10 amperes, more preferably of between 100 milliamperes and 1 ampere.

Method according to one of claims 19 to 23, characterized in that the second coil ( 2 ) is operated pulsed with pulse lengths of up to 10 microseconds, preferably of up to 5 microseconds, more preferably of up to 3 microseconds.