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Mikroskopischer Flüssigkeitstransport in porösen Medien

13.10.2004 - (idw) Universität Ulm

Mit Magnetischer Resonanztomographie elektrische Ströme sehen
Mikroskopischer Flüssigkeitstransport in porösen Medien

Anläßlich der gemeinsamen Jahrestagung der deutschen und britischen Diskussionsgruppen zur Magnetischen Resonanz Ende September 2004 erhielt Dipl.-Phys. Bogdan Buhai den Ernst-Preis für Nachwuchswissenschaftler. Der mit 250 Euro dotierte Preis wird von der Fachgruppe Magnetische Resonanzspektroskopie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker vergeben.

Buhai ist Stipendiat des Graduiertenkollegs "Molekulare Dynamik an Grenz- und Oberflächen" und Doktorand in der Sektion Kernresonanzspektroskopie (Leiter Prof. Dr. Rainer Kimmich) der Universität Ulm. Er arbeitet hier über mikroskopische Transportphänomene in porösen Medien, das heißt über die quantitative Visualisierung von hydrodynamischen und elektrischen Strömen, die in diesen Medien fließen. Poröse Medien sind in Natur und Technik allgegenwärtig. Sie begegnen uns in Gestalt von porösem Gestein, Holz, biologischem Gewebe, speziellen Werkstoffen usw. Auch für die aktuelle Mikrosystemtechnik haben die Kenntnis der Gesetzmäßigkeiten und die Beherrschung derartiger Transportphänomene, die allerdings noch weitgehend ungeklärt sind, große Bedeutung. Mikrosysteme gewinnen auf den verschiedensten Gebieten zunehmend an Interesse. Beispielsweise sind in der medizinischen Diagnostik Entwicklungen unter der Bezeichnung "Lab-on-the-chip" aktuell, womit Flüssigkeiten in einem mikroskopischen Kanalnetzwerk verschiedenen Testreaktionen und Analysen dosiert zugeführt und die Resultate unmittelbar in elektronische Signale umgesetzt werden können.

Wie lassen sich elektrische Ströme "sichtbar" machen? Wie mißt man die Fließgeschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Flüssigkeit räumlich aufgelöst im Innern eines undurchsichtigen Systems? Die Meßmethoden, die Buhai für seine Untersuchungen einsetzt, basieren sämtlich auf der kernmagnetischen Resonanz, wie sie vor allem über die spektroskopische Analytik in der Chemie und durch die Kernspin- oder Magnetresonanztomographie in der Medizin bekannt geworden ist. Im vorliegenden Fall werden spezifische Verfahren angewendet, die quantitative und räumlich aufgelöste Informationen zum Transport von Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen) in einem Porennetzwerk liefern. Nach Anlegen einer elektrischen Spannung kann die elektrische Stromdichte mit Hilfe eines kernmagnetischen Mikroskopieverfahrens in dem Porennetzwerk aufgenommen werden. Dabei stehen zum Beispiel helle und dunkle Grautöne für starke bzw. schwache Ströme. Aus dieser Bildgebung läßt sich die räumliche Verteilung des elektrischen Stroms erkennen. Diese Daten stellen die Grundlage dar für die Erfassung der Transportgesetze, für die Überprüfung darauf bezogener Theorien sowie für den Vergleich mit Computersimulationen.
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