Kvantové senzory jsou vysoce přesné měřicí přístroje, jejichž činnost je založena na účincích kvanta
V roce 2022 objem světového trhu pro kvantsenzory přesáhly 278 miliard dolarů a podle analytiků by měly během příštích 10 let vzrůst ještě třikrát. Taková zařízení se používají v automobilovém průmyslu, zdravotnictví, průmyslu, geologii, dopravě, počítačovém inženýrství a mnoha dalších oblastech. Například kvantový gravimetr vyvinutý Birminghamskou univerzitou by mohl geologům pomoci najít ložiska ropy a dalších nerostů. Princip jeho fungování je založen na „studených“ atomech: jejich teplota klesá k hodnotám blízkým absolutní nule, což jim dává schopnost zaznamenat i jemné změny gravitace. To vám umožní odhalit nebezpečné dutiny v podzemí, které mohou vést k nouzové situaci v dole. V budoucnu může být gravimetr použit ve stavebnictví a pro sledování nákladní dopravy.
Ale skutečně neocenitelný přínos kvantasmyslové může přinést do lékařství. Senzory díky své citlivosti dokážou zachytit první signály onemocnění ještě dříve, než je „zachytí“ jiné diagnostické metody. A odhalení onemocnění v rané fázi je jedním z hlavních faktorů úspěšné léčby.
Magnetické signály
Jedna z hlavních oblastí aplikace kvantasenzory v lékařství — magnetoencefalografie. Tento postup umožňuje studovat stav mozku měřením magnetických polí, která vznikají při jeho elektrické aktivitě.
Nejmodernější diagnostické metodyOnemocnění mozku zaznamenávají nikoli magnetické, ale elektrické součástky – na tomto principu funguje například elektroencefalografie. Tento postup ale neposkytuje úplné informace: senzory musí zachytit signál přes lebku a tkáň a lidské tělo je špatným vodičem elektrických polí.
S magnetickým polem je všechno jinak:magnetický signál z části mozku prochází tkáněmi v nezměněném stavu, abychom z něj získali více dat. Potíž je v tom, že magnetická pole našeho mozku je obtížné zachytit, protože jejich síla je extrémně malá: 10 miliardkrát menší než síla Země. To vyžaduje velmi citlivá zařízení, jako jsou kvantové senzory. Snímáním těchto malých magnetických polí senzory umožňují diagnostikovat různé mozkové nádory, Alzheimerův syndrom nebo epilepsii.
Začátek epileptického procesu tedy začínámalá oblast v mozkové kůře. Pomocí EEG a MRI je velmi obtížné najít ohnisko, ale kvantové senzory jsou docela schopné takového úkolu. To je důležité zejména tehdy, když se pacient chystá podstoupit operaci a je nutné co nejpřesněji najít místo k odstranění.
Kvantové senzory pro ultracitlivémagnetoencefalografy již existují, a v roce 2021 tým QLU s vědci ze Skoltechu a National Research University Higher School of Economics vyvinul jejich nový typ – první polovodičový ultracitlivý magnetometr na světě, který může pracovat při pokojové teplotě. O rok později QLU přilákala investice 33 milionů rublů do škálování systému a vytvoření prvního laboratorního prototypu.
Adresa doručení
Další oblast medicíny, kde mohouvyužívat kvantové senzory pro diagnostiku a terapii onkologických onemocnění. QLU v současné době pracuje na jedné z těchto metod společně s materiálovou laboratoří Gleba Sukhorukova. Laboratoř vytváří mikrokapsle – jakési nádoby, které lze naplnit lékem a zavést do krevního oběhu. Díky speciálnímu biologickému povlaku mohou být lokalizovány v oblastech zánětu a onkologie. Chceme do těchto nádob umístit magnetické nanočástice – pak pomocí kvantových senzorů bude možné vidět, kde jsou tyto částice lokalizovány, a tím identifikovat nádor v rané fázi, což výrazně zvýší šance na úspěšný výsledek nemoci. Svou účinnost pro sledování magnetických částic již prokázaly senzory: nedávno v QLU byla úspěšně testována na laboratorních myších, kterým byly injekčně podány nanočástice a byly schopny vidět jejich distribuci po celém těle.
Tato metoda může být užitečná nejen prov diagnostice, ale i v terapii. Komplikace v onkologii tak často vznikají z následků chemoterapie, která využívá velmi toxické látky. Pokud jsou nanočástice spojeny s kapslí obsahující lék, může být vzdáleně injikován do nádoru. Když se pouzdro připojí k rakovinným buňkám, uvidíme to, otevřeme nádobu pomocí zaostřeného ultrazvuku nebo magnetického pole, a tím uvolníme lék. Tímto způsobem bude zacílen na rakovinné buňky a bude na ně působit přesně, aniž by došlo k otravě celého těla.
Od rehabilitace k internetu věcí
Potenciál kvantového snímání zahrnujeobrovské možnosti jeho uplatnění. Kvantové senzory tak mohou pomoci při rehabilitaci pacientů, kteří prodělali mrtvici. Pro kompenzaci funkcí, za které byly zodpovědné mrtvé oblasti mozkové kůry, například schopnost ovládat končetiny, je potřeba aktivovat nové oblasti. A zde hrají velkou roli vysoce citlivé senzory. Člověk si například představuje, že hýbe paží, a v tuto chvíli aktivujeme končetinu pomocí speciálního zařízení. Mozek začíná budovat nová nervová spojení. Pro konvenční elektroencefalografii je to velmi dlouhý a obtížný úkol, ale s kvantovými senzory je to proveditelné. A v budoucnu by spojení mezi mozkovými signály a pohybem končetin mohlo být využito k ovládání protetiky.
Další slibná oblast kvantasenzorika – sledování biologických procesů uvnitř buňky. K tomu je třeba zavést senzor do samotné buňky. Ale aby to nepoškodilo jeho práci, senzor musí mít mikroskopickou velikost a některé typy kvantových senzorů takové rozměry mají.
Mimo medicínu si kvantové senzory mohou najít svéaplikace v průmyslovém internetu věcí, v nové generaci navigačních technologií, studiu procesů v zemské kůře, například monitorování zemětřesení a v mnoha dalších oblastech.
Přečtěte si více:
Na farmě byl náhodou nalezen poklad s 1000 mincemi: co si mohli koupit
Jmenován jako vitamín, který chrání mozek před demencí
Ukázalo se, kteří muži jsou nejplodnější: jejich sperma je o 50 % lepší než ostatní