SFB 855:  Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe - biomagnetische Schnittstellen der Zukunft

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Medizin ; Physik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 101024871

Ziel dieses Sonderforschungsbereichs ist die Entwicklung einer neuartigen, ungekühlten und unabgeschirmten biomagnetischen Schnittstelle. Über sie sollen im Wesentlichen für medizinische Fragestellungen unidirektional Gehirn- bzw. Herzfunktionen über deren Magnetfelder aufgezeichnet werden. Eine derartige biomagnetische Schnittstelle - realisiert durch neuartige magnetoelektrische Komposite und neue Signalverarbeitungsstrategien - ermöglicht medizinische Anwendungen in der Magnetoenzephalografie (MEG) und Magnetokardiografie (MKG), die bisherige Sensoren nicht gestatten. Grund dafür ist der Verzicht auf Kühlung und die Möglichkeit, die Richtung des Magnetfeldes aufzuzeichnen.
Eine zentrale Rolle in der Qualität der Schnittstelle spielt die Lösung des inversen Problems. Dadurch ist es möglich, von den räumlich verteilten Magnetfeldern auf die zugrundeliegenden Herz- bzw. Hirnströme zu schließen und sie zu lokalisieren, gleichbedeutend mit einer räumlichen Zuordnung von Gehirn- oder Herzfunktionen. Im Vergleich zu elektrischen Messungen (EEG bzw. EKG) bieten magnetische Verfahren trotz des höheren apparativen Aufwands bei dieser Lokalisation wesentliche Vorteile. So versprechen die bessere räumliche Auflösung und die im Magnetfeld enthaltene Richtungsinformation insbesondere die Möglichkeit, auch aus tiefer liegenden Regionen Signale zu detektieren und damit zusätzliche medizinisch relevante Erkenntnisse zu gewinnen.
Die Lösbarkeit des inversen Problems selbst hängt von der Verfügbarkeit höchstempfindlicher Magnetfeldsensorarrays zur Detektion der sehr kleinen Magnetfelder ab. Die Amplituden liegen in der Magnetokardiografie im Picotesla-Bereich, in der Magnetoenzephalografie im Femtotesla- Bereich. Geeignete Magnetfeldsensoren sollen unter Verwendung nanoskaliger magnetoelektrischer Komposite entwickelt werden.
Im Sonderforschungsbereich soll die Spanne von den physikalischen Grundlagen dieser Komposite aus magnetostriktiven und piezoelektrischen Phasen, deren Herstellung als Magnetfeldsensoren, deren Prozessierung in Nano-/Mikrosystemen einschließlich der elektronischen Ansteuerung und Auslesung bis zur Validierung der Sensorsysteme anhand aktueller medizinischer Forschungsprojekte in der Neurologie, Neuropädiatrie und Kardiologie interdisziplinär erforscht werden. Dazu werden ausgewiesene Gruppen aus der Physik, den Materialwissenschaften, der Elektrotechnik und der Medizin der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel unter Einbindung des Fraunhofer-Instituts für Siliziumtechnologie in Itzehoe intensiv zusammenarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Magnetoelektrische 2-2 Dünnschichtkomposite (Teilprojektleiter Quandt, Eckhard )
• A02 - Gasphasenabscheidung von magnetoelektrischen 0-3 Nanokompositen (Teilprojektleiter Faupel, Franz )
• A03 - Magnetoelektrische 1-3 Komposite (Teilprojektleiter Föll, Helmut ;  Wagner, Bernhard )
• A04 - Magnetoelektrische Heterostrukturen und Bauelemente mit epitaktischen Grenzflächen (Teilprojektleiter Kohlstedt, Hermann )
• A05 - Herstellung von vertikal freistehenden magnetoelektrischen Kompositen (Teilprojektleiter Adelung, Rainer )
• B01 - Grenzflächenstruktur und -magnetismus auf atomarer Skala (Teilprojektleiter Berndt, Richard ;  Kröger, Jörg )
• B02 - IN situ Streuuntersuchungen an 2-2 Grenzflächen und Nanokompositen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Magnussen, Olaf ;  Murphy, Bridget )
• B03 - Kopplungsmechanismen an magnetoelektrischen Grenzflächen (Teilprojektleiter Bauer, Michael ;  Kipp, Lutz ;  Rossnagel, Kai )
• B04 - Berechnung der atomaren und elektronischen Strukturen der Grenzflächen (Teilprojektleiter Pehlke, Eckhard )
• B05 - Magnetische Domäneneffekte in magnetoelektrischen Kompositen (Teilprojektleiter McCord, Jeffrey )
• C01 - Modellierung integrierter Sensoren und Sensorarrays (Teilprojektleiterin Gerken, Martina )
• C02 - NEMS/MEMS-Herstellung von Sensoren und Sensorarrays (Teilprojektleiter Quandt, Eckhard ;  Wagner, Bernhard )
• C03 - Sensormodellierung sowie elektronische Signalverarbeitung (Teilprojektleiter Knöchel, Reinhard )
• C04 - Digitale Sensor-Signalverarbeitung (Teilprojektleiter Heute, Ulrich )
• C07 - Geregelte Magnetfeldsensoren basierend auf dem ƒ´E-Effekt (Teilprojektleiter Adelung, Rainer ;  Faupel, Franz ;  Meurer, Thomas )
• D01 - Multipolbasiertes Abbildungsverfahren für biomagnetische Felder (Teilprojektleiter Klinkenbusch, Ludger )
• D02 - Feldlokalisation und Oszillationen in der Tiefe des Gehirns (Teilprojektleiter Deuschl, Günther ;  Raethjen, Jan )
• D03 - Zeitreihenanalysen zur Verbesserung lokalisatorischer Algorithmen in der Epileptoplogie (Teilprojektleiter Siniatchkin, Michael ;  Stephani, Ulrich )
• D04 - Modellierung und Lokalisation magnetokardiographischer Quellen (Teilprojektleiter Frey, Norbert ;  Klinkenbusch, Ludger ;  Wieckhorst, Arne )
• MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiter Adelung, Rainer ;  Klinkenbusch, Ludger ;  Stephani, Ulrich )
• Z01 - Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie und magnetoelektrische Materialcharakterisierung (Teilprojektleiter Kienle, Lorenz ;  Meyners, Dirk )
• Z02 - Magnetoelektrische Charakterisierung und Anwendung der Magnetfeldsensoren (Teilprojektleiter Knöchel, Reinhard ;  Quandt, Eckhard )
• Z03 - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Quandt, Eckhard )

• Antragstellende Institution: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Beteiligte Institution: Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT)
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Eckhard Quandt