Modulare, IC-basierte Arrays für das breitband-NMR-basierte Metabolitenscreening

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Anders; Professor Dr. Jan Gerrit Korvink
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389084717

Die längerfristige Vision des screeMR-Projekts ist die Überwindung aller hardwarebezogenen Limitierungen des MR-basierten Metaboliten-Screenings, damit Forscher aus diesem Bereich in vollem Umfang von den intrinsischen Vorteilen der MR-Spektroskopie - wie z.B. ihrer einzigartigen Spezifität und vollständigen Nichtinvasivität - profitieren können.Zu Erreichung dieses langfristigen Ziels werden wir innerhalb des beantragten ScreeMR-Projekts die bestehenden Schlüssellimitierungen existierender MR-Screening-Hardware unter Ausnutzung der großartigen Möglichkeiten moderner Reinraumfertigungstechniken in Kombination mit moderner integrierter Schaltungstechnik in Angriff nehmen. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, neue modulare Konzepte für vielkanalige MR-Spulenarrays zu erforschen, welche signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bereitstellen werden.Um die beabsichtigte Modularität zu erzielen, werden wir grundlegende theoretische Untersuchungen an kleinen Gruppen gekoppelter MR-Spulen durchführen. Dabei werden wir insbesondere die speziellen Voraussetzungen von MR-Experimenten - Empfindlichkeit und spektrale Auflösung - in den Fokus unserer Untersuchungen stellen, um geeignete Konzepte für modulare Bausteine von MR-Spulenarrays zu finden.Basierend auf diesen theoretischen Betrachtungen werden wir moderne, hochgradig skalierbare Reinraumfertigungstechniken mit moderner integrierter Schaltungstechnik kombinieren, um funktionale Hardwareprototypen der vielversprechendsten modularen Arraybausteine zu fertigen. Die Benutzung speziell entworfener ASICs ist dabei eine der Schlüsselkoponenten für die vorgeschlagenen modularen Arraybausteine, da zum einen nur so der benötigte miniaturisierte Formfaktor und die zulässige maximale Leistungsaufnahme in Verbindung mit der benötigten Performance erzielt und zum anderen nur so die Funktionalität der Schaltungen in den für NMR benötigten hohen Magnetfeldern >10 T gewährleistet werden kann.Insgesamt wird das beantragte ScreeMR-Projekt durch grundlegende theoretische Betrachtungen sowie darauf aufbauende Hardwareprototypen, welche die hervorragenden Möglichkeiten moderner Reinraumfertigungs- und IC-Technologien voll ausschöpfen, den Weg hin zu zukünftigen MR-basierten zuverlässigen, hochempfindlichen, nichtzerstörenden und nichtinvasiven Metabolomikstudien biologischer Systeme mit hohen Durchsatzraten ebnen. Durch die signifikante Durchsatzerhöhung bei MR-Experimenten unter gleichzeitiger Erhaltung der einzigartigen Spezifität dieser Methode zielt screeMR mittelfristig darauf, teure kombinierte Screening-Verfahren (engl.: hyphenated methods) obsolet zu machen. Die Erreichung dieses Ziels wird aufgrund der einhergehenden Komplexitäts- und Kostenreduktion Screening-Experimente für eine Vielzahl neuer Anwendungen attraktiv machen, für die ein Screening-Ansatz heute nicht denkbar erscheint.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Hochgeschwindigkeits-Lockin-Verstärker
• Gerätegruppe: 6110 Selektive Verstärker, Lock-in-Verstärker