Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Materialien für medizinische Messgeräte

26.04.2012
Das Magnetfeld des Gehirns kann bislang nur unter technischen Laborbedingungen gemessen werden. Für den breiten medizinischen Einsatz kommt diese Technik deshalb bislang nicht in Frage.
Drei Forschungsteams an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben gemeinsam eine neue Art magnetoelektrischer Sensoren entwickelt, mithilfe derer die Nutzung dieser wichtigen Technologie in Zukunft möglich sein soll. Der wissenschaftliche Durchbruch: Die neuen Sensoren funktionieren im Gegensatz zu herkömmlichen magnetoelektrischen Messtechniken ohne Kühlung und ohne äußeres magnetisches Stützfeld. Im Fachmagazin Nature Materials werden die neuen Verbundwerkstoffe beschrieben.

„Unsere Verbundwerkstoffe mit Austauschkopplung sind ein internationaler Meilenstein in der Forschung über magnetoelektrische Materialien“, sagt Professor Eckhard Quandt, Senior-Autor der Studie und Sprecher des Kieler Sonderforschungsbereiches 855 Magnetoelektrische Verbundstoffe - biomagnetische Schnittstellen der Zukunft (SFB 855).
„Mit der Unabhängigkeit von externen magnetischen Stützfeldern haben wir ein ganz wesentliches Hindernis für medizinische Anwendungen von magnetoelektrischen Sensoren wie Magnetokardiographie und Magnetoenzephalographie beiseite geräumt.“ Da sich die Sensoren wegen ihres besonderen Aufbaus nicht gegenseitig störten, seien nun auch Messarrays aus Hunderten Messeinheiten denkbar. Damit ließen sich flächige Karten von Herz- oder Hirnströmen erstellen.

Die neuartigen Verbundwerkstoffe bestehen aus einer komplexen Abfolge von etwa hundert Materialschichten, von denen jede einzelne nur wenige Nanometer dick ist. „Unsere magnetoelektrischen Sensoren enthalten sowohl magnetostriktive als auch piezoelektrische Schichten, die sich einerseits durch ein zu messendes magnetisches Feld verformen und zeitgleich durch diese Verformung eine elektrische Spannung erzeugen, die dann als Messsignal verwendet wird. Aber solche hochempfindlichen Messungen funktionierten mit den herkömmlichen Schichtsystemen bislang nur, wenn am Sensor ein ‚stützendes‘ Magnetfeld anliegt“, erläutert der Doktorand Enno Lage den Hintergrund der Studie, an der er seit 2010 arbeitet.

„Das Besondere an unseren Verbundwerkstoffen sind antiferromagnetische Hilfsschichten aus Mangan-Iridium, die im Inneren des Werkstoffs wie Magnetfelder wirken“, ergänzt Lage. „Das Stützfeld für die Messung wird also direkt im Sensor erzeugt und muss nicht mehr von außen angelegt werden.“ Ein vollständiger Sensor misst typischerweise wenige Millimeter und trägt eine Multischicht eines solchen neuen Werkstoffs, die etwa einen Tausendstel Millimeter dick ist. Die neuen Verbundstoffe wurden im Reinraum des Kieler Nano-Labors hergestellt. „Nur in dieser extrem staubfreien Umgebung kann man solche Sensorsysteme erfolgreich herstellen“, sagt Dr. Dirk Meyners, der Lage während der Promotion wissenschaftlich betreut.

Mit dem Entwicklungsschritt hin zur Unabhängigkeit magnetolektrischer Messungen von externen Stützfeldern erreichen die Arbeitsgruppen um die Professoren Lorenz Kienle, Reinhard Knöchel und Eckhard Quandt ein wichtiges Teilziel des SFB 855, der seit Januar 2010 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Im SFB sollen neuartige Verbundwerkstoffe entwickelt und in eine voll funktionsfähige, biomagnetische Schnittstelle zwischen Mensch und Außenwelt implementiert werden. Quandt weist auf zukünftige Chancen hin: „Über die Möglichkeiten des SFB hinaus könnten wir im derzeit in Planung befindlichen Exzellenzcluster Materials for Life ganz gezielt eine Reihe weiterer Anwendungen auf der Basis dieser Verbundstoffe voran bringen, zum Beispiel als Sensoren für eine nicht-invasive Gehirnstimulation.“

Originalpublikation:
Lage, E., Kirchhof, C., Hrkac, V., Kienle, L., Jahns, R., Knöchel, R., Quandt, E. and Meyners, D.: Exchange biasing of magnetoelectric composites, Nature Materials doi:10.1038/nmat3306, http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3306.html

Folgende Fotos zum Thema stehen zum Download bereit:

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-121-1.jpg
Bildunterschrift 1: Querschnittsaufnahme mittels Elektronenmikroskopie eines neuen magnetoelektrischen Verbundsensors aus piezoelektrischem Material (untere Hälfte) und magnetostriktivem Material mit integrierten Hilfsschichten (obere Hälfte)
Foto: Christiane Zamponi
Copyright: Uni Kiel/ Institut für Materialwissenschaft

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-121-2.jpg
Bildunterschrift 2: Dirk Meyners, Eckhard Quandt und Enno Lage (v.l.n.r.) im Kieler Nano-Labor
Foto: Stefanie Maack
Copyright: Uni Kiel

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-121-3.jpg
Bildunterschrift 3: Das Kieler Nano-Labor bietet exzellente Bedingungen für Forschung und Entwicklung.
Foto: Jürgen Haacks
Copyright: Uni Kiel

Kontakt:
Institut für Materialwissenschaft
Professor Eckhard Quandt
Tel. 0431 880-6200
E-Mail: eq@tf.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Uni Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2012/2012-121-biomagnetische-sensoren.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften