Квантовите сензори са високопрецизни измервателни инструменти, чието действие се основава на ефектите на квантовата
През 2022 г. обемът на световния пазар за квантсензори надхвърли 278 милиарда долара и според анализаторите през следващите 10 години трябва да нарасне още три пъти. Такива устройства се използват в автомобилостроенето, здравеопазването, индустрията, геологията, транспорта, компютърното инженерство и много други области. Например, квантов гравиметър, разработен от университета в Бирмингам, може да помогне на геолозите да намерят петролни и други минерални находища. Принципът на неговото действие се основава на "студени" атоми: температурата им пада до стойности, близки до абсолютната нула, което им дава възможност да записват дори фини промени в гравитацията. Това ви позволява да откриете опасни празнини под земята, което може да доведе до извънредна ситуация в мината. В бъдеще гравиметърът може да се използва в строителството и за наблюдение на превоза на товари.
Но наистина безценният принос на квантсетивността може да доведе до медицината. Благодарение на своята чувствителност, сензорите успяват да уловят първите сигнали за заболяването още преди те да бъдат „уловени” от други диагностични методи. А откриването на заболяването в ранен стадий е един от основните фактори за успешно лечение.
Магнитни сигнали
Една от основните области на приложение на квсензори в медицината — магнитоенцефалография. Тази процедура ви позволява да изследвате състоянието на мозъка чрез измерване на магнитните полета, които възникват по време на неговата електрическа активност.
Най-съвременните диагностични методиБолестите на мозъка се записват не чрез магнитни, а чрез електрически компоненти - на този принцип работи например електроенцефалографията. Но тази процедура не предоставя пълна информация: сензорите трябва да уловят сигнала през черепа и тъканите, а човешкото тяло е лош проводник на електрически полета.
С магнитните полета всичко е различно:магнитен сигнал от част от мозъка преминава през тъканите в непроменено състояние, за да можем да получим повече данни от него. Трудността е, че магнитните полета на нашия мозък са трудни за улавяне, тъй като тяхната мощност е изключително малка: 10 милиарда пъти по-малка от тази на Земята. Това изисква много чувствителни устройства, като например квантови сензори. Като улавят тези малки магнитни полета, сензорите правят възможно диагностицирането на различни мозъчни тумори, синдром на Алцхаймер или епилепсия.
И така, началото на епилептичния процес започва смалка област в мозъчната кора. С помощта на ЕЕГ и ЯМР е много трудно да се намери фокусът, но квантовите сензори са напълно способни да се справят с такава задача. Това е особено важно, когато на пациента му предстои операция и е необходимо възможно най-точно да се намери зоната за отстраняване.
Квантови сензори за свръхчувствителнивече съществуват магнитоенцефалографи, и през 2021 г. екипът на QLU с учени от Skoltech и Националния изследователски университет Висше училище по икономика разработи своя нов тип - първият в света ултрачувствителен магнитометър в твърдо състояние, който може да работи при стайна температура. Година по-късно QLU привлече 33 милиона рубли инвестиции за мащабиране на системата и създаване на първия лабораторен прототип.
Доставка на адрес
Друга област на медицината, където могатизползват квантови сензори за диагностика и терапия на онкологични заболявания. В момента QLU работи върху един от тези методи заедно с лабораторията за материали на Глеб Сухоруков. Лабораторията създава микрокапсули - вид контейнери, които могат да бъдат напълнени с лекарство и въведени в кръвта. Благодарение на специалното биологично покритие, те могат да бъдат локализирани в области на възпаление и онкология. Искаме да поставим магнитни наночастици в тези контейнери - тогава с помощта на квантови сензори ще бъде възможно да се види къде са локализирани тези частици и по този начин да се идентифицира туморът на ранен етап, а това значително ще увеличи шансовете за успешен изход на болестта. Сензорите вече са доказали своята ефективност за проследяване на магнитни частици: наскоро в QLU беше успешно тестван върху лабораторни мишки, които бяха инжектирани с наночастици и успяха да видят разпределението им в тялото.
Този метод може да бъде полезен не само задиагностика, но и в терапията. По този начин усложненията в онкологията често възникват от последствията от химиотерапията, която използва много токсични вещества. Ако наночастиците са свързани с капсула, съдържаща лекарство, то може да бъде инжектирано дистанционно в тумора. Когато капсулата се прикрепи към раковите клетки, ще видим това, ще отворим контейнера с помощта на фокусиран ултразвук или магнитно поле и по този начин ще освободим лекарството. Така той ще бъде насочен към раковите клетки и ще им действа прецизно, без да трови целия организъм.
От рехабилитация до интернет на нещата
Потенциалът на квантовото усещане включваогромни възможности за неговото приложение. Така квантовите сензори могат да помогнат при рехабилитацията на пациенти, претърпели инсулт. За да се компенсират функциите, за които са отговорни мъртвите зони на мозъчната кора, например способността да се контролират крайниците, е необходимо да се активират нови зони. И тук голяма роля играят високочувствителните сензори. Например, човек си представя, че движи ръката си и в този момент ние активираме крайника с помощта на специално устройство. Мозъкът започва да изгражда нови невронни връзки. За конвенционалната електроенцефалография това е много дълга и трудна задача, но с квантовите сензори става осъществимо. И в бъдеще връзката между мозъчните сигнали и движението на крайниците може да се използва за контрол на протези.
Друга обещаваща квантова областсензорика - наблюдение на биологични процеси вътре в клетката. За да направите това, трябва да въведете сензор в самата клетка. Но за да не навреди на работата му, сензорът трябва да е с микроскопични размери, а някои видове квантови сензори имат такива размери.
Извън медицината, квантовите сензори могат да намерят своетоприложение в индустриалния интернет на нещата, в новото поколение навигационни технологии, изследване на процесите в земната кора, например, наблюдение на земетресения и в много други области.
Прочетете още:
Съкровище с 1000 монети беше намерено случайно във ферма: какво могат да купят
Наречен витамин, който предпазва мозъка от деменция
Оказа се кои мъже са най-плодовити: тяхната сперма е с 50% по-добра от останалите