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Nr. 66, 28.05.2011  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE  Feedback 

Magnetische Medizin

Es sieht aus wie ein gewöhnlicher kleiner Metallstreifen. Und doch handelt es sich um Spitzentechnologie, die eines Tages Leben retten und Leiden lindern könnte.


Jeder dieser Chips besitzt mehrere magnetoelektrische Sensoren, die aus etwa fünf Nanometer dicken und bis zu einem Millimeter langen Streifen bestehen. Foto: Uni Kiel

Seit Januar 2010 gibt es an der Technischen Fakultät der CAU den Sonderforschungsbereich (SFB) 855, »Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe – Biomagnetische Schnittstellen der Zukunft«. Im Kern drehen sich dessen zahlreiche Einzelprojekte stets um das Ziel, Sensoren zu entwickeln, die auf äußerst dünnen magnetoelektrischen Schichten basieren. So wie beispielsweise Fotozellen die Intensität von Licht anzeigen können, reagieren diese Schichten auf magnetische Felder, indem sie entsprechend der jeweiligen Stärke eine unterschiedlich starke elektrische Spannung erzeugen.

Im Grundsatz ist das Prinzip nicht neu, wohl aber die wissenschaftliche Stoßrichtung des SFB 855, der auch einen wichtigen Teil des von der Universität beantragten Exzellenzclusters »Materials for Life – Materialien für das Leben« darstellt. Geforscht wird an der Schnittstelle zwischen menschlichem Körper und messtechnischen Apparaturen, um künftig zentrale Bereiche der medizinischen Diagnostik zu unterstützen. Guten Gewissens kann sogar behauptet werden, dass es um die entscheidenden Aspekte des biologischen Menschseins schlechthin geht: das Hirn und das Herz.

Zwar gibt es bisher schon leistungsfähige Technik, um deren Aktivitäten zu analysieren, doch wird dabei mit Magnetfeldsensoren gearbeitet, die extrem stark heruntergekühlt werden müssen. Ziel des Sonderforschungsbereichs mit seinem Sprecher Professor Eckhard Quandt ist es dagegen, Sensoren zu bauen, die sich mit Zimmertemperatur begnügen. Deren Einsatz wäre deutlich billiger, schneller und flexibler.

Robert Jahns (links) und Henry Greve vor dem Scanner, mit dem bald Signale aus künstlichen Köpfen ausgelesen werden. Foto: Martin Geist © Uni Kiel

Obwohl der SFB noch nicht einmal eineinhalb Jahre alt ist, sind dessen Mitglieder auf einem vielversprechenden Weg. Was die Effektivität der Umsetzung von Magnetfeldern in elektrische Spannung betrifft, haben sie sogar einen Weltrekord aufgestellt. »Baustellen gibt es aber noch genug«, schränkt Dr. Henry Greve vom Lehrstuhl für anorganische Funktionsmaterialien ein. Das eingangs erwähnte Stück Metall ist ein mit seiner Form, Materialbeschaffenheit und besonders seiner im Nanolabor aufgetragenen hauchdünnen Beschichtung hoch anspruchs­volles Produkt, an dessen Entwicklung Greve maßgeblich beteiligt ist.

Perfekt ist es aber noch nicht. So bringt es der Kieler Sensor auf eine Empfindlichkeit von zehn hoch minus zwölf Tesla. Tesla (T) ist die Einheit für das Magnetfeld oder korrekt die magne­tische Flussdichte. Die herkömmliche Technik ist mit zehn hoch minus 15 Tesla aber immer noch einen ordentlichen Tick voraus. Andererseits können Greve und sein Team immerhin Felder bis zu einem Fünfzigmillionstel des auch nicht gerade umwerfend starken Erdmagnetfelds messen. Sie bewegen sich also unbestritten in einer exzellenten Liga.

Um noch besser zu werden, experimentiert Greve unter anderem mit der Geometrie der kleinen Bieger, auf denen die Beschichtung aufgetragen wird. »Die Potenziale sind noch nicht völlig ausgereizt«, sagt er und zeigt sich zuversichtlich.

In einem weiteren Teilprojekt widmet sich Doktorand Robert Jahns vom Institut für Elektro- und Informationstechnik der Aufgabe, die vom Sensor gemessenen Daten möglichst perfekt auszulesen. Das Rauschen, das sich der Laie vorstellen kann wie den Empfang eines sehr weit entfernten Radiosenders, muss dazu weitgehend unterdrückt werden. Auf der anderen Seite können Verstärker nützlich sein, um die Signale des Senders hervorzuheben.

Letztlich sollen in dieser Zusammenarbeit Scannersysteme entstehen, um Patientendaten, zum Beispiel Herzfunktionen oder Hirnströme, möglichst schnell und schonend zu erfassen. Bereits im Bau ist ein Phantomkopf, an dem das Verfahren mit künstlichen Signalen erprobt werden kann. Außerdem entsteht auf dem Gelände der Technischen Fakultät in der Kaiserstraße für 300.000 Euro ein magnetfeldfreier Raum, in dem später technische Tests vorgenommen und echte Patienten untersucht werden können.

Für die neue Technik ist eine große Zahl von Einsatzgebieten denkbar. Die sogenannten Hirnschrittmacher, die Parkinsonkranken das Leben erleichtern, könnten mit Hilfe des Magnetsensors exakter platziert werden. Sinnvoll wäre es außerdem, Herzschrittmacher mit solcher Messtechnik auszustatten, um mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen.

Auch was die handfest lebensrettende Diagnostik betrifft, tun sich interessante Perspektiven auf. So mag das gute alte Elektrokardiogramm (EKG) zwar gründlich sein, wesentlich schneller aber dürfte die in Kiel forcierte Methode mit dem Scanner Ergebnisse liefern. Im Fall eines sich anbahnenden Herzinfarktes könnte dieser Unterschied über Leben und Tod entscheiden.

Martin Geist
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