الكم الحساس: كيف تستخدم أجهزة الاستشعار الكمومية في الطب

أجهزة الاستشعار الكمومية هي أدوات قياس عالية الدقة يعتمد تشغيلها على تأثيرات الكم

علم الميكانيكا. تتميز بحساسية عالية للغاية، حيث أنها قادرة على إجراء قياسات لا يمكن الوصول إليها بواسطة أجهزة الاستشعار الكلاسيكية.

في عام 2022 حجم السوق العالمي للكمتجاوزت أجهزة الاستشعار 278 مليار دولار ، ووفقًا للمحللين ، يجب أن تنمو خلال السنوات العشر القادمة ثلاث مرات أخرى. تُستخدم هذه الأجهزة في السيارات والرعاية الصحية والصناعة والجيولوجيا والنقل وهندسة الكمبيوتر والعديد من المجالات الأخرى. على سبيل المثال ، يمكن لمقياس الجاذبية الكمي ، الذي طورته جامعة برمنجهام ، أن يساعد الجيولوجيين في العثور على النفط والرواسب المعدنية الأخرى. يعتمد مبدأ عملها على الذرات "الباردة": تنخفض درجة حرارتها إلى قيم قريبة من الصفر المطلق ، مما يمنحها القدرة على تسجيل حتى التغيرات الطفيفة في الجاذبية. يسمح لك هذا باكتشاف الفراغات الخطيرة تحت الأرض ، والتي يمكن أن تؤدي إلى حالة طارئة في المنجم. في المستقبل ، يمكن استخدام مقياس الجاذبية في البناء ومراقبة نقل البضائع.

لكن المساهمة القيمة حقًا للكمالحسية يمكن أن تجلب إلى الطب. وبسبب حساسيتها ، تستطيع المستشعرات التقاط الإشارات الأولى للمرض حتى قبل أن يتم "اكتشافها" بواسطة طرق التشخيص الأخرى. ويعتبر الكشف عن المرض في مرحلة مبكرة من العوامل الرئيسية لنجاح العلاج.

الإشارات المغناطيسية

أحد المجالات الرئيسية لتطبيق الكمأجهزة الاستشعار في الطب - التصوير المغناطيسي للدماغ. يتيح لك هذا الإجراء دراسة حالة الدماغ عن طريق قياس المجالات المغناطيسية التي تنشأ أثناء نشاطه الكهربائي.

أحدث طرق التشخيصلا يتم تسجيل أمراض الدماغ عن طريق المكونات المغناطيسية، ولكن عن طريق المكونات الكهربائية - على سبيل المثال، يعمل تخطيط كهربية الدماغ على هذا المبدأ. لكن هذا الإجراء لا يوفر معلومات كاملة: يجب على أجهزة الاستشعار التقاط الإشارة من خلال الجمجمة والأنسجة، والجسم البشري موصل رديء للمجالات الكهربائية.

مع المجالات المغناطيسية ، كل شيء مختلف:إشارة مغناطيسية من جزء من الدماغ تمر عبر الأنسجة في حالة غير متغيرة ، حتى نتمكن من الحصول على المزيد من البيانات منه. تكمن الصعوبة في صعوبة التقاط المجالات المغناطيسية لأدمغتنا ، لأن قوتها صغيرة للغاية: 10 مليارات مرة أقل من تلك الموجودة في الأرض. يتطلب هذا أجهزة حساسة للغاية ، مثل أجهزة الاستشعار الكمومية. من خلال التقاط هذه المجالات المغناطيسية الصغيرة ، تتيح المستشعرات تشخيص أورام الدماغ المختلفة ، ومتلازمة الزهايمر أو الصرع.

لذلك ، تبدأ عملية الصرع بـمنطقة صغيرة في القشرة الدماغية. بمساعدة EEG و MRI ، من الصعب جدًا العثور على التركيز ، لكن أجهزة الاستشعار الكمومية قادرة تمامًا على القيام بمثل هذه المهمة. هذا مهم بشكل خاص عندما يكون المريض على وشك الخضوع لعملية جراحية ، ومن الضروري إيجاد المنطقة المراد إزالتها بأكبر قدر ممكن من الدقة.

أجهزة الاستشعار الكمومية فائقة الحساسيةمخططات الدماغ المغناطيسية موجودة بالفعل،  وفي عام 2021، قام فريق جامعة قطر مع علماء من Skoltech والمدرسة العليا للاقتصاد بجامعة الأبحاث الوطنية بتطوير نوعهم الجديد - أول مقياس مغناطيسي فائق الحساسية للحالة الصلبة في العالم يمكنه العمل في درجة حرارة الغرفة. وبعد مرور عام، اجتذبت جامعة قطر للتقنية 33 مليون روبل من الاستثمارات لتوسيع نطاق النظام وإنشاء أول نموذج أولي مختبري.

تسليم العنوان

مجال آخر من مجالات الطب حيث يمكنهم ذلكاستخدام أجهزة الاستشعار الكمومية لتشخيص وعلاج أمراض الأورام. تعمل جامعة قطر حاليًا على إحدى هذه الطرق بالتعاون مع مختبر المواد التابع لجليب سوخوروكوف. يقوم المختبر بإنشاء كبسولات دقيقة، وهي نوع من الحاويات التي يمكن ملؤها بالدواء وإدخالها في مجرى الدم. بسبب الطلاء البيولوجي الخاص، يمكن توطينها في مناطق الالتهاب والأورام. نريد وضع جسيمات نانوية مغناطيسية في هذه الحاويات - ثم بمساعدة أجهزة الاستشعار الكمومية سيكون من الممكن معرفة مكان تمركز هذه الجسيمات، وبالتالي التعرف على الورم في مرحلة مبكرة، وهذا سيزيد بشكل كبير من فرص التوصل إلى نتيجة ناجحة من المرض. لقد أثبتت أجهزة الاستشعار بالفعل فعاليتها في تتبع الجزيئات المغناطيسية: مؤخرًا في   تم اختبار QLU بنجاح على فئران المختبر التي تم حقنها بالجسيمات النانوية وتمكنت من رؤية توزيعها في جميع أنحاء الجسم. 

هذه الطريقة يمكن أن تكون مفيدة ليس فقط لالتشخيص، ولكن أيضا في العلاج. وبالتالي، غالبا ما تنشأ مضاعفات الأورام من عواقب العلاج الكيميائي، والذي يستخدم مواد شديدة السمية. وإذا ارتبطت الجسيمات النانوية بكبسولة تحتوي على دواء، فيمكن حقنها عن بعد في الورم. عندما تلتصق الكبسولة بالخلايا السرطانية، سنرى ذلك، ونفتح الحاوية باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة أو المجال المغناطيسي، وبالتالي يتم إطلاق الدواء. وبهذه الطريقة، سيتم استهداف الخلايا السرطانية والعمل عليها بدقة، دون تسمم الجسم بأكمله.  

من إعادة التأهيل إلى إنترنت الأشياء

تشمل إمكانات الاستشعار الكميإمكانيات هائلة لتطبيقه. وبالتالي، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية أن تساعد في إعادة تأهيل المرضى الذين عانوا من السكتة الدماغية. للتعويض عن الوظائف التي كانت المناطق الميتة في القشرة الدماغية مسؤولة عنها، على سبيل المثال، القدرة على التحكم في الأطراف، يجب تنشيط مناطق جديدة. وهنا تلعب أجهزة الاستشعار شديدة الحساسية دورًا كبيرًا. فمثلاً يتخيل الإنسان أنه يحرك ذراعه، وفي هذا الوقت نقوم بتنشيط الطرف باستخدام جهاز خاص. يبدأ الدماغ في بناء اتصالات عصبية جديدة. بالنسبة لتخطيط كهربية الدماغ التقليدي، تعد هذه مهمة طويلة وصعبة للغاية، ولكن مع أجهزة الاستشعار الكمومية تصبح ممكنة. وفي المستقبل، يمكن استخدام الارتباط بين إشارات الدماغ وحركة الأطراف للتحكم في الأطراف الصناعية.

مجال آخر واعد للكمأجهزة الاستشعار - مراقبة العمليات البيولوجية داخل الخلية. للقيام بذلك ، تحتاج إلى إدخال جهاز استشعار في الخلية نفسها. ولكن من أجل عدم الإضرار بعمله ، يجب أن يكون المستشعر مجهري الحجم ، وبعض أنواع أجهزة الاستشعار الكمومية لها مثل هذه الأبعاد.

خارج الطب ، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية أن تجد أنظمتها الخاصةالتطبيق في الإنترنت الصناعي للأشياء ، في الجيل الجديد من تقنيات الملاحة ، ودراسة العمليات في قشرة الأرض ، على سبيل المثال ، مراقبة الزلازل ، وفي العديد من المجالات الأخرى.

قراءة المزيد:

تم العثور عن طريق الخطأ على كنز به 1000 قطعة نقدية في مزرعة: ما الذي يمكنهم شراؤه

يسمى فيتامين يحمي الدماغ من الخرف

اتضح أي الرجال أكثر خصوبة: الحيوانات المنوية لديهم أفضل بنسبة 50 ٪ من البقية