Quantensensorik

Die nächste Generation der Diagnostik beginnt mit der Fähigkeit, Unsichtbares messbar zu machen. Quantensensorik eröffnet neue Möglichkeiten, indem sie selbst schwächste biomagnetische Signale sichtbar macht. Magnetfelder, die durch die Aktivität von Herz, Gehirn oder Nerven entstehen, enthalten wertvolle Informationen über physiologische Prozesse und Erkrankungen. Ihre Messung stellt jedoch hohe Anforderungen an die Sensorik und die Messumgebung, da die Signale um ein Vielfaches schwächer sind als natürliche und technische Störfelder.

In der Forschungsgruppe Applied Biomechanics and Biosignals Sensing begleiten wir den Transfer dieser Schlüsseltechnologie aus der Forschung in die Anwendung.  Unser Fokus liegt auf der Entwicklung robuster Messkonzepte, die eine zuverlässige Erfassung biomagnetischer Signale auch unter praxisnahen Bedingungen ermöglichen.

Dazu identifizieren und charakterisieren wir magnetische sowie elektrische Störquellen, entwickeln Strategien zur Minimierung von Störeinflüssen und schaffen die Voraussetzungen für valide und reproduzierbare Messungen. Für die Bewertung und Optimierung neuer Sensorsysteme setzen wir eigens entwickelte physiologische Signalphantome ein, mit denen sich biologische Signale unter kontrollierten Bedingungen realitätsnah nachbilden lassen.

Neben der experimentellen Validierung unterstützen wir unsere Partner bei der Interpretation und Auswertung komplexer Sensorsignale und schaffen so die Grundlage für aussagekräftige diagnostische Verfahren. Durch die Verbindung von Quantensensorik, Messtechnik und Anwendungswissen leisten wir einen Beitrag dazu, die Diagnostik der Zukunft präziser, früher und patientenschonender zu gestalten.

Gemeinsam mit Forschungsinstitutionen, Kliniken und Unternehmen der Medizintechnik entwickeln wir Lösungen, die den Weg von innovativen Quantensensoren in die medizinische Praxis beschleunigen und das Potenzial biomagnetischer Messverfahren für neue diagnostische Anwendungen nutzbar machen.

Laborausstattung

• 10  x Fieldline Zero-field optically-pumped magnetometers (<20fT/√Hz)

• Vacuumschmelze Magnetische Abschirmkammer für Personen (Restfeld < 50 nT)

• Aktiv-kompensierter Helmholz-Käfig (Kantenlänge 1,4 m, <60nT Restfeld)

• Fluxgate Magnetometer (<20pT/√Hz)

Projekte

• SprinD Q-Vortex –Quantum-Aided Cardiac Vortex Detection  (2026-2027)

• BMFTR QHMI/QHMI2 – Quantum-based human machine interfaces (2021-2027)

• Invest BW Praxissprints: VitalQ – Vitalparameterüberwachung mittels Quantensensoren (2025)

• Industry funded MMGPro (2023-2025)

Veröffentlichungen

Omar, M et al.; 2026. Human cardiac measurements with diamond magnetometers. Science Advances, 12(38), p.eaeg5281.

Yang, H., Klotz, T., Gizzi, L., Lu, H., Monittola, G., Schneider, U., Siegel, M. and Marquetand, J., 2025. The effect of sensor-to-source distance on magnetic neuromuscular signals. Scientific Reports, 15(1), p.20225.

Gizzi, L; Marquetand, J; Köllner, J; Roelver, R; Jag-Lauber, K; Siegel, M; Schneider, U (2024): Nitrogen-vacancy centers for prosthesis control. In: Biophotonics in Exercise Science, Sports Medicine, Health Monitoring Technologies, and Wearables V 12838, S. 28. DOI: 10.1117/12.3022607.

Zhang, C., Zhang, J., Widmann, M., Benke, M., Kübler, M., Dasari, D., Klotz, T., Gizzi, L., Röhrle, O., Brenner, P. and Wrachtrup, J., 2023. Optimizing NV magnetometry for magnetoneurography and magnetomyography applications. Frontiers in neuroscience, 16, p.1034391.

Gizzi, L; Vujaklija, I; Sartori, M; Röhrle, O; Severini, G (2021): Somatosensory Integration in Human Movement: Perspectives for Neuromechanics, Modelling and Rehabilitation. In: Front. Bioeng. Biotechnol. 9, S. 725603. DOI: 10.3389/fbioe.2021.725603.

Jiang, N; Gizzi, L; Mrachacz-Kersting, N; Dremstrup, K; Farina, D (2015): A brain-computer interface for single-trial detection of gait initiation from movement related cortical potentials. In: Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology 126 (1), S. 154–159. DOI: 10.1016/j.clinph.2014.05.003.