Development and biomagnetic measurement of high-frequency drive thin-film magnetic field sensor with the high sensitivity operating at room temperature

• Project/Area Number: 16H04378
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Tohoku University (2018-2019, 2021); Tohoku Gakuin University (2016-2017)
• Principal Investigator: Yabukami Shin 東北大学, 医工学研究科, 教授 (00302232)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 伸聖 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (70205475)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2017: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2016: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 生体磁気計測 / 磁界センサ / 高周波駆動 / 磁性薄膜 / FPGA / センサ / 導体薄膜 / 計測工学

Outline of Final Research Achievements

We have developed a high-frequency drive thin-film magnetic field sensor module that operates at room temperature and has a resolution of magnetic field detection in the 10E-13 T (tesla) range. We have succeeded in biomagnetic measurement (cardiac magnetic field measurement) by showing that it has the highest SN ratio as a thin film magnetic field sensor that operates at room temperature and has both high sensitivity and compactness comparable to that of a superconducting quantum interference device (SQUID).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実用化できれば、脳梗塞の原因とされる心房細動（患者数は国内で推定130万人）を一般病院で診断可能になる。P波はQRS波よりも約1桁小さな信号であり、SQUIDのみで計測可能であることから普及は限定的であった。一般病院等で脳磁界計測による脳内イメージングが可能となり医療（てんかん、外科手術前検査等）および脳科学両面から画期的である。ウエアラブルなセンサシステムに最適な構成であり、日常的に、非接触で、心磁界を計測することで、突発的な心疾患（例えばST偏位等）を検出可能となる。ヘルスケア等の健康チェックに応用可能である。

Research Products

• [Journal Article] Animal Experiment with PID-based Automatic Temperature Control System for Magnetic Hyperthermia (2022)
  • Author(s): A. Shikano, L. Tonthat, A. Kuwahata, A. Sukhbaatar, T. Kodama, and S. Yabukami
  • Journal Title: Transaction of the Magnetics Society of Japan Special Issues Volume: 6 Issue: 1 Pages: 100-104
  • DOI: 10.20819/msjtmsj.22TR519
  • ISSN: 2432-0471
  • Year and Date: 2022-05-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigating R&D Committee on Magnetic Sensors for High-Performance and Systemization (2021)
  • Author(s): S. Yabukami, K. Tashiro, H. Kikuchi, A. Yamaguchi
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Volume: 141 Issue: 8 Pages: 443-445
  • DOI: 10.1541/ieejfms.141.443
  • NAID: 130008070465
  • ISSN: 0385-4205, 1347-5533
  • Year and Date: 2021-08-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of Complex Permeability Measurements Up to Millimeter-Wave Frequency Range (2021)
  • Author(s): Yabukami S.、Nozawa K.、Tonthat L.、Okita K.、Sai R.
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 57 Issue: 2 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2020.3011971
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an Automatic Localization System of Magnetic Particles for Hyperthermia Therapy (2021)
  • Author(s): Tonthat Loi、Mitobe Kazutaka、Yabukami Shin
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics Volume: 57 Issue: 2 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2020.3008490
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamical-magnetic behavior of anisotropic spinel-structured ferrite for GHz technologies (2021)
  • Author(s): Yukiko Yasukawa, Kouhei Nozawa, Taneli Tiittanen, Maarit Karppinen, Johan Linden, Sagar E Shirsath, and Shin Yabukami
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: － Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79768-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Simple and High‐Accuracy PID‐Based Temperature Control System for Magnetic Hyperthermia Using Fiber Optic Thermometer (2021)
  • Author(s): Shikano Akihiro、Tonthat Loi、Yabukami Shin
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Volume: 16 Issue: 5 Pages: 1-3
  • DOI: 10.1002/tee.23361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study on measurement technique for magnetization dynamics of thin films (2018)
  • Author(s): Yasushi Endo, Osamu Mori, Yutaka Shimada, Shin Yabukami，Shigeyuki Sato, Ryoichi Utsumi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ウェハレベルの磁性薄膜における高周波磁気透磁率・磁歪定数評価法の開発 (2018)
  • Author(s): 森 修, 遠藤 恭, 島田 寛, 薮上 信, 内海 良一
  • Journal Title: 日本磁気学会論文特集号 Volume: 2 Pages: 52-55
  • NAID: 130007480752
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Co/Ti-substituted SrM-based composite sheets: high freqency permeability and electromagnetic noise suppression above 6 GHz (2018)
  • Author(s): Ranajit Sai, M. Sato, S. Takeda, S. Yabukami, and M. Yamaguchi
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 459 Pages: 49-56
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetoelectric effect in nanogranular FeCo-MgF films at GHz frequencies (2018)
  • Author(s): Kenji Ikeda, Nobukiyo Kobayashi, Ken-Ichi Arai, Shin Yabukami
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 446 Pages: 80-86
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Permeability Measurements of Thin Film Using a Flexible Microstrip Line-Type Probe Up To 40 GHz (2017)
  • Author(s): S. Yabukami, K. Kusunoki, H. Uetake, H. Yamada, T. Ozawa, R. Utsumi, T. Moriizumi, and Y. Shimada
  • Journal Title: Journal of the Magnetics Society of Japan Volume: 41 Pages: 25-28
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Behavior of sensitivity at edge of thin-film magnetoimpedance element (2017)
  • Author(s): Hiroaki Kikuchi, Suguru Oe, Hiroaki Uetake, and Shin Yabukami
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 7 Pages: 0566021-0566025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of thin-film magnetoimpedance behavior in low MHz regions based on domain wall equation and bias susceptibility theory (2017)
  • Author(s): Hiroaki Kikuchi, Chihiro Sumida, Hiroaki Uetake, Shin Yabukami, Shuichiro Hashi, and Kazushi Ishiyama
  • Journal Title: American Institute of Physics Volume: 7 Pages: 0566171-0566176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] バイアス通電によるミアンダコプレーナ薄膜磁界センサの開発 (2017)
  • Author(s): 薮上 信, 植竹宏明, 森谷健太, 冨並 剛, 小野寺英彦
  • Journal Title: 電気学会論文誌A (基礎・材料・共通部門誌) Volume: 137 Pages: 460-465
  • NAID: 130005876153
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wireless Magnetic Position-Detection System With Four Excitation Coils (2017)
  • Author(s): Yutaro Osaki, Shuichiro Hashi, Shin Yabukami, Hiroyasu Kanetaka, and Kazushi Ishiyama
  • Journal Title: IEEE SENSORS JOURNAL Volume: 17 Pages: 4412-4419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magneto-Impedance of Micromachined Thin Films Less Than 100 μm in Length (2016)
  • Author(s): Hiroaki Kikuchi, Takuya Shima, Hiroaki Uetake, and Shin Yabukami
  • Journal Title: IEEE MAGNETICS LETTERS Volume: 7 Pages: 65081051-5
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Constant Temperature Control Technology for Hyperthermia Therapy using Magnetic Particles (2021)
  • Author(s): トンタットロイ，鹿野晃弘，薮上信
  • Organizer: 第54回 日本生体医工学会東北支部大会
• [Presentation] コプレーナ型薄膜磁界センサの電磁界解析 (2021)
  • Author(s): 石原知弥，植竹宏明，岩崎千里，薮上信，山口正洋
  • Organizer: 電気学会全国大会
• [Presentation] 高感度磁気バイオセンシング (2021)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 電気学会全国大会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Simultaneous Evaluation of Permeability and Permittivity using a Flexible Microstrip Line-Type Probe up to 67 GHz (2021)
  • Author(s): S. Yabukami, C. Iwasaki, K. Nozawa, S. Takahashi, K. Okita, M. Sato, S. Sugimoto, K. Chatani
  • Organizer: The International Magnetics Conference 2021 (INTERMAG 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 通電プローブを用いた磁性薄膜の複素透磁率測定 (2021)
  • Author(s): 王 子元，石原 知弥，沖田 和彦，岩崎 千里，薮上 信
  • Organizer: マグネティックス/リニアドライブ合同研究会
• [Presentation] 磁気温熱療法における感温磁性微粒子のワイヤレス温度検知技術の評価 (2021)
  • Author(s): 北村 大河，鹿野 晃弘，トンタット ロイ，桑波田 晃弘，薮上 信
  • Organizer: 2021年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] 磁気ハイパーサーミア用 PID 加熱制御システムの開発 (2021)
  • Author(s): 鹿野 晃弘, トンタット ロイ，桑波田 晃弘，薮上 信
  • Organizer: 第45回日本磁気学会講演会
• [Presentation] コプレーナ型薄膜磁界センサの電磁界解析 (2021)
  • Author(s): 石原 知弥，植竹 宏明，岩崎 千里，薮上 信，山口 正洋
  • Organizer: 第45回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] 抗体を直接吸着させた磁性ナノ粒子の抗原抗体反応の評価 (2021)
  • Author(s): 米山 毅，村山 徹，トンタット ロイ，桑波田 晃弘，薮上 信，佐藤 佑哉，寺村 裕治，大坪 和香子，小川 智之
  • Organizer: 第45回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] マイクロストリップ型プローブにおける測定誤差の検討 (2021)
  • Author(s): 髙木 薫，石原 知弥，沖田 和彦，岩崎 千里，薮上 信，山口正洋，茶谷健一
  • Organizer: 第45回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] スイッチ磁界に対する磁性ナノ粒子の応答性を利用した多菌種検出 (2021)
  • Author(s): 高橋 隼之介，小野寺 英彦，村山 徹，トンタット ロイ，沖田 和彦，桑波田 晃弘，薮上 信，大坪和 香子，横田 琴音，古谷 真衣子，金高 弘恭，三浦 由則， 高橋 英樹
  • Organizer: 第45回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] A correction of measurement for complex magnetic permeability by direct contact probe (2021)
  • Author(s): Z Wang，T Ishihara，K Okita，S Yabukami
  • Organizer: 令和３年度スピ二クス特別研究会
• [Presentation] 2 次元イメージングのための光ファイバアレイを用いた ダイヤモンド窒素-空孔中心による磁気観測 (2021)
  • Author(s): 村田 祐眞，田中 治樹，荒井 慧悟，勝見 亮太，増山 雄太，岩﨑 孝之，波多野 睦子，五十嵐 龍治，大島 武，Fedor Jelezko，日下部 守昭，薮上 信，八井 崇，関野 正樹，桑波田 晃弘
  • Organizer: 令和３年度スピ二クス特別研究会
• [Presentation] 生体内における磁気温熱療法の定温加熱制御 (2021)
  • Author(s): 鹿野 晃弘，トンタット ロイ，桑波田 晃弘，アリウンブヤン スフバートル， 小玉 哲也，薮上 信
  • Organizer: 令和３年度スピ二クス特別研究会
• [Presentation] 磁性ナノ粒子の第二次高調波を利用したウイルス検出 (2021)
  • Author(s): 廣田 竜一，村山 徹，勝見 亮太，川脇 徳久，薮上 信， 五十嵐 龍治，根岸 雄一，日下部 守昭， 関野 正樹， 八井 崇，桑波田 晃弘
  • Organizer: 令和３年度スピ二クス特別研究会
• [Presentation] 磁気ナノ粒子を用いたバイオ医療計測と応用 (2021)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 日本磁気学会第234回研究会(医療分野での磁気関連技術の新展開)
  • Invited
• [Presentation] Evaluation of bacteria using switching magnetic field. (2019)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: 2019 Joint MMM-Intermag Conference
• [Presentation] 磁界センサに関する動向と今後 (2019)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 2019 Institute of Electrical and Electronics Engineers
  • Invited
• [Presentation] Evaluation of bacteria using switching magnetic field. (2018)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: The Third International Workshop on Magnetic Bio-Sensing
• [Presentation] フリップチップボンディングによる高周波駆動薄膜磁界センサ (2018)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: スピニクス特別研究会
• [Presentation] フリップチップボンディングによる高周波駆動薄膜磁界センサモジュール (2018)
  • Author(s): 薮上信
  • Organizer: 電気学会
• [Presentation] High Frequency Carrier Type Thin Film Sensor (2017)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: Proceedings of The Biomagnetic Sendai 2017 Satellite symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-Frequency Carrier-Type Thin Film Sensor (2017)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: Biomagnetic Sendai 2017 Satellite symposium
  • Invited
• [Presentation] スイッチ磁界に対する磁気ビーズの応答を利用した細菌検出 (2017)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] FeCo-MgFナノグラニュラー薄膜における高周波TMD効果 (2017)
  • Author(s): 池田賢司
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] Cu薄膜を用いたミアンダコプレーナ線路型薄膜センサ (2017)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] 六方晶フェライト単結晶の高周波透磁率評価 (2017)
  • Author(s): 長内史也
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] 磁性薄膜における磁気ひずみ新規高周波計測法の開発 (2017)
  • Author(s): 遠藤 恭
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] ウェハレベルの磁性薄膜高周波特性評価法の開発 (2017)
  • Author(s): 森 修
  • Organizer: 日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] High frequency magnetic measurement and magnetic field sensor. (2016)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: Indian Institute of Science (IISc) Seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高周波駆動薄膜磁界センサの開発と生体磁気計測への応用 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 第７回 磁気センサの高機能化と応用調査専門委員会
• [Presentation] 高周波磁気計測、磁気センサ (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 名古屋大学 大学院電子情報システム特別講義
• [Presentation] 磁気センサ、生体計測の基礎 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 仙台高等専門学校 電気システム工学科５年特別講義
• [Presentation] バイアス通電によるミアンダコプレーナ線路型薄膜センサの開発 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 平成28年度電気関係学会東北支部連合会
• [Presentation] Co- and Ti-substituted M-type hexaferrites for high frequency applications (2016)
  • Author(s): S. Yabukami
  • Organizer: 第40回日本磁気学会 学術講演会
• [Presentation] 磁性薄膜の応力と強磁性共鳴の評価 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 第40回日本磁気学会 学術講演会
• [Presentation] 磁壁共鳴を利用したMHz帯域での直接通電型薄膜磁気インピーダンスセンサの可能性 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 第40回日本磁気学会 学術講演会
• [Presentation] バイアス通電によるミアンダコプレーナ線路型薄膜センサ素子 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 第40回日本磁気学会 学術講演会
• [Presentation] 複数の励磁コイルの適用による位置検出システムの検出性能改善 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 第40回日本磁気学会 学術講演会
• [Presentation] バイアス通電によるミアンダコプレーナ線路薄膜センサの開発 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: マグネティックス研究会
• [Presentation] 低周波領域における薄膜MI素子の磁壁移動に伴う特性変化とその解析 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: マグネティックス研究会
• [Presentation] マイクロストリップ型プローブによる薄膜透磁率評価 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 平成28年度 スピニクス特別研究会
• [Presentation] LC共振型磁気マーカを用いたワイヤレス位置検出システムの励磁方法に関する検討 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: マグネティックス研究会
• [Presentation] 磁性薄膜の強磁性共鳴と応力の評価 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: マグネティックス研究会
• [Presentation] BaおよびSr系六方晶フェライト材料の高周波特性 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: マグネティックス研究会
• [Presentation] バイアス通電によるミアンダコプレーナ薄膜磁界センサ (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会
• [Presentation] FeCo-MgFナノグラニュラー薄膜の高周波誘電特性 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会
• [Presentation] 高周波伝送線路型プローブによる磁性薄膜の磁気ひずみ計測法の開発 (2016)
  • Author(s): 薮上 信
  • Organizer: 平成29年電気学会全国大会
• [Book] 電気学会 (2021)
  • Author(s): 薮上 信（共著）
  • Total Pages: 76
  • Publisher: 電気学会技術報告 第1510号 オンチップRFマグネティックスの研究開発動向
• [Book] 磁気便覧 (2016)
  • Author(s): 日本磁気学会
  • Total Pages: 888
  • Publisher: 丸善
  • ISBN: 9784621300145
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗原検出装置及び抗原検出方法 (2021)
  • Inventor(s): 薮上信，沖田和彦
  • Industrial Property Rights Holder: 薮上信，沖田和彦
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-039919
  • Filing Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 磁界測定装置および磁界測定方法 (2017)
  • Inventor(s): 薮上 信，三浦由則
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人東北学院
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017
  • Acquisition Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 磁界センサとバイアス方法 (2016)
  • Inventor(s): 薮上信、植竹宏明
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人東北学院
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016
  • Acquisition Date: 2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 磁界センサとその製造方法 (2016)
  • Inventor(s): 薮上信, 植竹宏明
  • Industrial Property Rights Holder: 薮上信, 植竹宏明
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016
  • Acquisition Date: 2019