Zentrum für Magnetische Resonanz (MRZ)

Forschungstätigkeit am Zentrum

Das Zentrum für Magnetische Resonanz der Universität Leipzig (Magnet-Resonanz-Zentrum, MRZ) fördert die breite Anwendung der Methoden der magnetischen Resonanz in Biologie, Chemie, Medizin, Physik und Veterinärmedizin in Verbindung mit der Schwerpunktbildung an der Universität Leipzig und in der außeruniversitären Forschung der Stadt Leipzig. Ziel ist die Stimulierung neuer grundlegender Beiträge zur Forschung. Das betrifft zu „Life-Science“ gehörige biochemische, molekularbiologisch-physikalisch-medizinische und medizinisch-diagnostische Arbeiten ebenso wie zu „Material Science“ im allgemeineren Sinne gehörige Arbeiten in Naturwissenschaft und Technik.
Konkrete Beispiele der methodischen Arbeit sind einerseits die moderne Stoffanalytik, die Untersuchung von Struktur und Dynamik in Festkörpern und in Grenzflächensystemen und die Untersuchungen zur dreidimensionalen Struktur makromolekularer Systeme (wie Proteine oder membranassoziierte molekulare Systeme), die für chemische und biologische Prozesse wichtig sind. Andererseits sollen Bildgebung in der medizinischen Diagnostik und der medizinischen Forschung davon Nutzen haben. Weitere Forschungsgebiete sind über die Homepage des Magnet-Resonanz-Zentrums abrufbar.

Forschungsprojekte im Arbeitskreis Professor Berger im Institut für Analytische Chemie

• Methodenentwicklung für die NMR-Spektroskopie, Entwicklung von Pulssequenzen mit selektiven Pulsen und Feldgradienten.
• Mechanistische Untersuchungen im Bereich der physikalisch-organischen Chemie und der metallorganischen Chemie
• Konformationsuntersuchungen an Peptiden und Proteinen mittels 2D und 3D-NMR (auch im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 610)
• Untersuchungen zur Solvatation und Diffusion organischer Moleküle

Forschungsprojekte in der Arbeitsgruppe Magnetische Resonanz Komplexer Quantenfestkörper im Institut für Experimentelle Physik II

• Controlling Mesoscopic Phase Separation (CoMePhS)
  Festkörper mit starken elektronischen Korrelationen haben sehr komplexe Eigenschaften. Oft zeigen sie eine Tendenz zur elektronischen Phasenseparation im Nanometer-Bereich. So können die elektronischen Eigenschaften lokal variieren oder aber auch eine Funktion der Anregungsenergie sein. Zunächst charakterisieren wir insbesondere mit der Magnetischen Resonanz, die eine Sonde mit atomarer Auflösung ist, solche Festkörper und versuchen ihre lokalen Eigenschaften mit den makroskopischen Eigenschaften in Verbindung zu bringen. Im Rahmen des Projektes werden solche Festkörper hergestellt und mit andern Methoden ebenfalls untersucht. Unser Ziel ist nicht nur das Verständnis der vorkommenden quanten-elektronischen Strukturen, sondern auch ihre gezielte Beeinflussung, die letztlich neuartige Herstellungsmethoden („bottom-up“) ermöglichen soll.
• Synthese und Charakterisierung eindimensionaler Ferroelektrika mit Perowskitstruktur
  Mit Hilfe anodischer Aluminiumoxid-Template werden lineare perowskitische Anordnungen (Nanostäbe und Nanoröhren) hergestellt und bezüglich ihrer strukturellen und dielektrischen Eigenschaften untersucht. Als Modellsystem wird in der ersten Phase Bariumtitanat (BaTiO3) verwendet, das aufgrund seiner piezo-, pyro- und ferroelektrischen Eigenschaften ein wichtiger Werkstoff der Mikroelektronik ist.
• Synthese und Strukturaufklärung von Vanadium-Phosphat-Systemen mittels Elektronen-Kern-Doppelresonanz und Elektronen-Spin-Echo-Modulations-spektroskopie.
  Mehrkomponentensysteme mit Vanadium(IV)-Sauerstoff-Phosphorbindungen sind von beträchtlichem Interesse für heterogene Katalyse, biologische Chemie, Materialwissenschaften und Anwendungstechnik. Beim Übergang vom Molekül zum Festkörper im Bereich weniger Nanometer großer Teilchen, auf der Oberfläche von Festkörpern, in röntgenamorphen Feststoffen und in Lösung ist eine zweifelsfreie Strukturaufklärung mit klassischen Methoden nicht möglich. Durch den Einsatz von modernen hochauflösenden Methoden der Elektronenparamagnetischen Resonanz wie der Impuls-Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) und der Hyperfine-Sublevel-Correlation-(HYSCORE)-Spektroskopie soll die Nahordnung von paramagnetischen V-O-P-Zentren in solchen Systemen erforscht werden.
• Herstellung und physikalische Eigenschaften von Ferroelektrika in nanoporösen Materialien“
  The aim of the project is fabrication and investigation of ferroelectric materials within nanoporous matrices (porous glasses, artificial opals, zeolites, mesoporous materials of type MCM-41, MCM-48 and SBA-15) with characteristic sizes in the range of 0.7 to 100 nm. NaNO2, BaTiO3, and KDP nanostructures will be prepared. The main goal of the project consists in studying size effects on phase transitions in ferroelectric nanostructures (shifts of the phase transition temperatures, size-induced suppression of ferroelectric phase transitions, smearing the phase transitions) using NMR and acoustic methods. The role of the pore geometry (irregular three-dimensional pore network in porous glasses, regular pore lattices in artificial opals, zeolites and mesoporous materials, like MCM 41) will be investigated. The experimental results will be compared with theoretical predictions on the basis of a phenomenological treatment of ferroelectric phase transitions in small particles and thin films.

Forschungsprojekte der Abteilung Grenzflächenphysik im Institut für Experimentelle Physik

• Alkan- und Alken-Aktivierung in der heterogenen Säurekatalyse. In situ-C-13 und H-1 MAS NMR-Untersuchungen der Kinetik des Isotopen- Scramblings (C-13, H-2) im Reaktionsverlauf.
  Alkan and alken activation in heterogeneously acid-catalyzed reactions. In situ- C-13 and H-1 MAS NMR studies of the kinetics of isotope scrambling (C-13, H-2) during reaction
• Kombinierte NMR-Untersuchungen der Diffusion und Reaktion
  Combined NMR Studies of Diffusion and Reaction.
• Anwendungen der Doppelrotations- und Multiquanten-Messtechnik für Hochfeld-NMR-Untersuchungen an O-17-Kernen in porösen Festkörpern.
  Applications of double rotation and multiple-quantum techniques in high-field NMR studies of O-17 nuclei in porous materials
• Untersuchung der Protonen-Beweglichkeit in H-Zeolithen mit SFG NMR und MAS NMR im Temperaturbereich bis 800 K.
  Studies of the proton mobility in H-zeolites by SFG NMR and MAS NMR at temperatures up to 800 K
• Computersimulation und analytische Untersuchungen zum Einfluss der Kristallgrenze auf den Austausch von Gastmolekülen zwischen Zeolith-Nanokristallen und der Umgebung.
  Computer simulation and analytical investigations of the influence of the gas/absorbent interface upon molecular diffusion
• Reaktion und Diffusion in Single-File Netzwerken: Computersimulationen und statistisch-thermodynamische Untersuchungen.
  Reaction and diffusion in single-file networks: Computer simulation and statistical thermodynamic investigations
• Interferenz- und IR-Untersuchungen der Diffusion in Zeolithen
  Studying Zeolitic Diffusion by Interference and IR Microscopy
• Bestimmung mikroskopischer Kenngrößen der Molekültranslation in Schüttungen nanoporöser Partikel mittels PFG NMR und Monte-Carlo-Simulation.
  Study of microscopic parameters of the translation of molecules in beds of nanoporous particles by PFG NMR and MC simulation.
• Einfluss räumlicher Begrenzungen auf Diffusion und Reaktion
  Confinement Effects on Diffusion and Reaction in Zeolites, Studied by Dynamic MC Simulations, PFG NMR and Interference/IR Microscopy.
• In-situ-Untersuchungen und Prozess-Entwicklung für nanoporöse Festkörper
  In situ study and development of processes involving nanoporous solids.
• Molekulare diffusion in nanoporösen Materialien
  Molecular diffusion in nanoporous materials.
• Bestimmung von Diffusionskoeffizienten an Katalysatoren.
  PFG NMR investigations on formulated catalysts;
• Fourier-Transform-PFG-NMR mit starken Feldgradientenimpulsen zur selektiven Selbstdiffusionsmessung.
  FT-PFG-NMR with strong pulsed field gradients for selective diffusion measurements.
• Innovative Zugabestoffe für die Innere Nachbehandlung von Hochleistungsbeton unter Berücksichtigung der räumlichen und zeitlichen Wasserbilanz.
  Water balance in high performance concrete.
• Maßgeschneiderte nanoporöse Sorbentien
  Intelligent design of nanoporous sorbents.
• NMR-Untersuchungen des Transport von Porenflüssigkeiten in Gesteinen und Sedimenten aus oberflächennahen Grundwasserleitern
  Fluid Transport in Porous Rocks and Sediments from Near-Surface Aquifers Studied by NMR..
• NMR- and MRI-Untersuchungen an Aquifergesteinen
  NMR and MRI studies of aquifer rockes
• In-situ-Untersuchungen und Prozess-Entwicklung für nanoporöse Festkörper
  In situ study and development of processes involving nanoporous solids.
• Untersuchung der Diffusion in heterogenen Systemen mit MAS PFG NMR-Spektroskopie.
  Diffusion in heterogeneous systems studied by magic-angle spinning pulsed field gradient nuclear magnetic resonance spectroscopy.

NMR-Gruppe am MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften, Abteilung Kognitive Neurologie (Professor von Cramon)

• New helmet coil concept using strip lines
• An optimized labeling coil for whole-brain perfusion studies.
• Quantification of blood-flow changes during cognitive task activation
• Effect of hypercapnia on the iDQC response.
• Investigation of white-matter aging by quantitative MRI and MR

Forschungsschwerpunkte der Klinik und Poliklinik für Diagnostische Radiologie

• Moderne Diagnostik bei Dünndarmerkrankungen
  Modern diagnostics of diseases of the small intestine
• Interaktives Analysetool zur CT-densitometrischen Beurteilung der Lungenbelüftung bei polytraumatisierten Patienten
  Interactive analysis tool for CT-based evaluation of lung aeration in polytrauma patients
• Anwendungen einer neuartigen Methode zur dreidimensionalen (3D) Analyse der glenohumeralen Stellung im Schultergelenk mit Hilfe der MRT
  Application of a novel method for 3D analysis of the glenohumeral position in the shoulder joint using MR imaging
• MR-Überwachung der Stammzelltherapie ischämischer Hirnläsionen am Klein- und Großtiermodell
  MR monitoring of the stem cell treatment of focal ischemic brain lesions in small and large animal models.
• Strahlenexposition in der Angiographie
  Radiation exposure in angiography
• Lungen-MRT bei Kindern
  MRI of the lung in children
• Ganzkörper-MRT im Vergleich zur PET-Ganzkörper-Bildgebung
  Comparison of whole body MR and whole body PET imaging
• Diffusionstensor-Bildgebung in Korrelation mit PET bei degenerativen Erkrankungen des Gehirns
  Correlation of diffusion tensor imaging and PET for degenerative brain disease
• Visualisierung viskoelastischer Gewebeeigenschaften mit Hilfe der MR-Elastographie
  Visualization of viscoelastic tissues using MR elastography
• Wissensrepräsentation in der Medizinischen Bildgebung: von standardisierten Terminologien zu Applikations-Ontologien zur Erstellung strukturierter Befunde.
  Knowledge representation in medical imaging: from standardized terminologies to application ontologies for structured reporting of radiological findings.
• Navigationsverfahren für minimal invasive Eingriffe in einem diagnostischen MR-Gerät
  Navigation procedure for minimally invasive interventions in a diagnostic MR scanner
• MR-gesteuerte vaskuläre Interventionen
  MR-guided vascular interventions
• Längsschnittstudie zur Darstellung von Störungen der Hirnreifung bei kindern und Jugendlichen mittels Diffusion Tensor Imaging (DTI)
  Longitudinal study of impaired maturation of the brain in children and juveniles by Diffusion Tensor Imaging (DTI)
• Quantitative MR-Analyse des Liquorfluss über dem Aquädukt gesunder Kinder
  Quantitative MR analysis of the cerebral spinal flow above the aqueduct of healthy children
• Wertigkeit der Arterial Spin Labeling - Technik für Akutdiagnostik und Verlaufsuntersuchungen von zerebralen Ischämien
  Use of arterial spin labeling MRA in acute stroke patients
• Wertigkeit und therapeutische Relevanz zerebraler Mikroblutungen bei Patienten mit akutem Schlaganfall und indizierter thrombolytischer Therapie
  Value of MR visible microbleeds in patients with acute stroke and thrombolytic therapy
• Wertigkeit der MR-Perfusion und –Spektroskopie zur Biopsieplanung bei Hirntumoren
  Value of MR perfusion und spectroscopic imaging for the planning of brain tumor biopsies
• Evaluierung einer CT-Software zur Volumetrie und Charakterisierung von Lungenrundherden in der Verlaufskontrolle nach systemischer Therapie
• Interventionen am Mehrschicht-CT
  Interventions guided by multislice CT
• Volumetrische Quantifizierung der Lungenbelüftung bei ARDS-Patienten
  Volumetric quantification of lung aeration for patients with ARDS
• Regeneration fokaler Knorpeldefekte am Tiermodell - MRT-morphologische Analyse von Defekt und Regenerat
  Morphometric MRI analysis of focal cartilage lesions and chondral tissue-engineered reclaims in an animal model.
• Bildgebung beim kindlichen Morbus Hodgkin (Studie GPOH HD 2002)
  Imaging of juvenile Morbus Hodgkin (GPOH HD 2002 Study)
• Anwendung paralleler Akquisitionstechniken in der Becken-Bein-MR-Angiographie zur Erkennung chirurgisch relevanter Gefäßveränderungen
  Application of parallel imaging MRA techniques in the pelvis/leg region to detect vessel disease
• Intraarterielle MR-Angiographie der Leberarterien
  Intraarterial MR angiography of the liver arteries
• Katheter-Tracking bei MR-gesteuerten vaskulären Interventionen mit Hilfe von aktiven und passiven Techniken
  Catheter tracking for MR-guided vascular interventions using active and passive techniques
• MRT-Bildgebung der Glandula pinealis
  MR imaging of the pineal gland

Forschungsprojekte in den Arbeitsgruppen Professor Arnold, Professor Gründer, Dr. Huster im Institut für Medizinische Physik und Biophysik

• NMR-Untersuchungen des Knorpelabbaus bei rheumatoider Arthritis: Strukturaufklärung und Therapieverlaufskontrolle (NMR studies of cartilage degradation in rheumatoid arthritis. Structure elucidation and clinical monitoring)
• Physikochemische Charakterisierung von membranaktiven Peptiden in Membransystemen (Physicochemical characterization of membrane active peptides in membrane environment )
• Bedeutung der Membranverankerung von Proteinen für Protein-Struktur und Wechselwirkungen (Role of membrane binding of lipidated proteins for protein structure and interactions
• MALDI-TOF-MS Untersuchungen zur Lipidzusammensetzung von humanen Lipoproteinen unter oxidativem Stress (MALDI-TOF-MS investigations on changes of lipid composition in human lipoproteins under oxidative stress conditions)
• Wechselwirkungen von Annexinen mit Modellmembranen (Interaction of annexins with model membrane systems)
• Charakterisierung der Lipidzusammensetzung von humanen und tierischen Lungensurfaktantien ( Analysis of the lipid composition of human and animal lung surfactants)
• Untersuchung der speziesabhängigen Lipidzusammensetzung tierischer Spermien mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie und 31P-NMR-Spektroskopie (Investigation of the species-dependent lipid composition of animal spermatozoa by MALDI-TOF mass spectrometry and 31P NMR spectroscopy )
• Untersuchung der Veränderung der Lipidzusammensetzung humaner B-Lymphozyten bei P2X7-Rezeptor-Expression (Investigation of changes of the lipid composition of human B-lymphocytes upon expression of P2X7 receptor )
• Kryoablation im Hirn - Ein neues Konzept für die palliative Behandlung von intracerebralen malignen Tumoren (Cryoablation in brain - a new concept for palliative treatment of intracerebral malignant tumours )
• Erfassung und Aufklärung früher Veränderungen der Knorpelmatrix mit Hilfe der hochauflösenden NMR-Bildgebung (NMR-Mikroskopie) (Detection and assessment of early changes of joint cartilage by means of high resolution MR-imaging (NMR-microscopy) )
• Optimierung von Kryoablationen unter MRT-Kontrolle in verschiedenen Geweben (Reg. Nr. 1180/00) ( Optimization of MR-guided cryoablation within different tissues )

Forschungsschwerpunkte im Bereich von Professor E. Hey-Hawkins im Institut für Anorganische Chemie

• Homogene Katalyse mit ein- und mehrkernigen Übergangsmetallkomplexen
• Precursor für Materialwissenschaften
• Carbaboranylphosphane in der BNCT

Forschungsschwerpunkte der Klinik für Kleintiere

• Magnetresonanztomographische Untersuchungen am Kniegelenk des Hundes (MRI examination of the stifle joint in the dog)
• Magnetresonanztomographische Untersuchungen am Ellenbogengelenkes des Hundes (MRI examination of the elbow joint in the dog)
• Kernspintomographische Untersuchungen neurologischer Krankheiten (MRI examination in neurologic disease)
• Die cerebelläre kortikale Degeneration der American Staffordshire Terrier (Cerebellar cortical degeneration in American Staffordshire terriers)
• Diagnostik und Therapie angeborener und erworbener Gefäßanomalien beim Kleintier (The congenital and aquired portosystemnic shunt in dogs and cats)
• Magnetresonanztomographische Untersuchungen von Vögeln (MRI examination of birds)
• Magnetresonanztomographische Untersuchungen von Reptilien (MRI examination of reptiles)
• Kernspintomographische Untersuchung des Sprunggelenkes und des Fesselträgerursprunges und sonographische und histologische Untersuchung des Fesselträgers an der Hinterextremität des Pferdes (Evaluation of the hock joint and the origin of the suspensory ligament of the horse using MRI, histology, and ultrasonography)