Магнитная диагностика станет проще и доступней

В рамках гранта «Исследование композитных мультиферроиков на основе сегнетоэлектрических монокристаллов с целью создания высокочувствительных магнитных сенсоров, в том числе для медицинских приборов» Российского научного фонда, группа учёных НИТУ «МИСиС» займётся разработкой датчиков для магнитнокардиографии и магнитоэнцефалографии. Результаты исследования специалисты представят к 2020 году.

Одним из важных трендов в развитии современной медицины является переход к неинвазивным способам диагностики заболеваний. Это, в частности, методики, направленные на измерение сверхслабых магнитных полей, образуемых электрическими токами, протекающими в нервных клетках.

Изучение таких магнитных полей в области центральной нервной системы называют магнитоэнцефалографией, а в области сердечной мышцы — магнитокардиографией. Главным преимуществом этих методик является возможность исследовать быстропротекающие процессы. Это позволяет диагностировать на ранних стадиях и исследовать такие заболевания, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, хронический алкоголизм, а также невралгии различного генезиса.

Потребность выявления сверхслабых магнитных полей вынуждает использовать в качестве магнитного датчика сверхпроводящие квантовые интерферометры (СКВИДы). Однако для стабильной работы таких датчиков требуется постоянно охлаждать аппарат, а это приводит к усложнению конструкции и существенному удорожанию прибора. Поэтому необходимо искать новые материалы для них.

Летом 2018 года команда учёных кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков (МПиД) НИТУ «МИСиС» выиграла грант Российского научного фонда на разработку датчиков сверхслабых магнитных полей на основе композитных мультиферроиков. В Рабочую группу вошли: руководитель проекта, старший научный сотрудник центра коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» Дмитрий Киселёв, заведующий кафедрой МПиД Юрий Пархоменко, доценты кафедры Михаил Малинкович и Александр Быков, инженер Андрей Турутин, ассистент Илья Кубасов и аспирант Александр Кислюк.

Источник: НИТУ "МИСиС"

Композитные мультиферроики — это материалы, способные эффективно преобразовывать внешнее магнитное поле в электрический сигнал. При их разработке в качестве одного слоя используются бидоменные кристаллы ниобата лития (LiNbO3), а в качестве другого — магнитострикционные аморфные металлы (Метглас). Данная конфигурация композитного мультиферроика была разработана в сотрудничестве НИТУ «МИСиС» и Университета Авейру (Португалия). Исследования магнитоэлектрических свойств композитных материалов на основе бидоменных кристаллов ниобата лития начались на кафедре в 2014 году, в рамках совместной работы с приглашённым ученым, профессором Николаем Соболевым из Университета Авейру (Португалия).

В проекте будут изучены факторы, влияющие на чувствительность таких материалов к магнитному полю, а также разработаны решения, направленные на получение максимума соотношения «полезный сигнал-шум» в сверхчувствительных сенсорах магнитного поля. Накопленный опыт позволит усовершенствовать методики измерения предела детектирования магнитного поля при помощи композитных мультиферроиков.

На сегодняшний день чувствительность первых лабораторных прототипов достигает 200 фТл (фемтотесла = 10-15 тесла, т.е. датчики улавливают магнитное поле крайне малой величины), чего уже сейчас должно быть достаточно для детектирования магнитного поля сердца человека. Для того, чтобы датчики могли конкурировать со СКВИДами, необходимо повысить их чувствительность. Это планируется сделать за счёт изучения способов уменьшения внешнего акустического и электромагнитного шума, а также усовершенствования конструкции разрабатываемого датчика магнитного поля.