Kvantesensorer er måleinstrumenter med høj præcision baseret på virkningerne af kvante
I 2022, mængden af det globale marked for kvantesensorer oversteg 278 milliarder dollars, og ifølge analytikere skulle de i løbet af de næste 10 år vokse yderligere tre gange. Sådanne enheder bruges i bilindustrien, sundhedspleje, industri, geologi, transport, computerteknik og mange andre områder. For eksempel kunne et kvantegravimeter, udviklet af University of Birmingham, hjælpe geologer med at finde olie og andre mineralforekomster. Princippet om dets drift er baseret på "kolde" atomer: deres temperatur falder til værdier tæt på det absolutte nulpunkt, hvilket giver dem mulighed for at registrere selv subtile ændringer i tyngdekraften. Dette giver dig mulighed for at opdage farlige hulrum under jorden, hvilket kan føre til en nødsituation i minen. Gravimeteret kan i fremtiden bruges i byggeri og til overvågning af godstransport.
Men det virkelig uvurderlige bidrag fra kvantesensoriske kan bringe til medicin. På grund af deres følsomhed er sensorerne i stand til at fange de første signaler fra sygdommen, selv før de kan "fanges" af andre diagnostiske metoder. Og påvisning af sygdommen på et tidligt stadium er en af hovedfaktorerne for vellykket behandling.
Magnetiske signaler
Et af de vigtigste anvendelsesområder for kvantesensorer i medicin — magnetoencefalografi. Denne procedure giver dig mulighed for at studere hjernens tilstand ved at måle de magnetiske felter, der opstår under dens elektriske aktivitet.
De fleste moderne metoder til diagnosticering af hjernesygdomme løser ikke magnetiske, men elektriske komponenter – for eksempel virker dette principMen denne procedure giver ikke fuldstændige oplysninger: sensorer skal opfange signalet gennem kraniet og vævene, og menneskekroppen er en dårlig leder af elektriske felter.
Med magnetiske felter er alt anderledes:et magnetisk signal fra en del af hjernen passerer gennem vævene i uændret tilstand, så vi kan få flere data fra det. Vanskeligheden er, at de magnetiske felter i vores hjerne er svære at fange, fordi deres kraft er ekstremt lille: 10 milliarder gange mindre end Jordens. Dette kræver meget følsomme enheder, såsom kvantesensorer. Ved at fange disse små magnetfelter gør sensorerne det muligt at diagnosticere forskellige hjernetumorer, Alzheimers syndrom eller epilepsi.
Så starten på den epileptiske proces begynder medlille område i hjernebarken. Ved hjælp af EEG og MR er det meget svært at finde fokus, men kvantesensorer er ganske i stand til sådan en opgave. Dette er især vigtigt, når patienten skal opereres, og det er nødvendigt at finde det område, der skal fjernes, så præcist som muligt.
Der findes allerede kvantesensorer til den ultrafølsomme magnetoencefalograf, og i 2021 udviklede QLU-teamet sammen med forskere fra Skoltech og Higher School of Economics en ny type sensor - verdens første solid-state ultrafølsomme magnetometer, der kanEt år senere rejste QLU 33 millioner rubler af investeringer for at opskalere systemet og skabe den første laboratorieprototype.
Adresselevering
Et andet område inden for medicin, hvor kvantesensorer kan bruges, er diagnosticering og behandling af kræft.QLU arbejder i øjeblikket på en af disse metoder sammen med Gleb Sukhorukovs materialelaboratorium.Laboratoriet skaber mikrokapsler, en slags beholdere, der kan fyldes med et lægemiddel og injiceres i blodbanen.På grund af en særlig biologisk belægning kan de lokaliseres i områder med betændelse og onkologi.Vi ønsker at putte magnetiske nanopartikler i disse beholdere, så kvantesensorer kan bruges til atat se, hvor disse partikler er lokaliseret, og derved detektere tumoren på et tidligt stadium, og dette vil øgeSensorerne har allerede vist sig at være effektive til sporing af magnetiske partikler: QLU testede for nylig med succes på laboratoriemus injiceret med nanopartikler og var i stand til at se deres fordeling i hele kroppen.
Denne metode kan være nyttig ikke kun til diagnose, men også til terapi.Således opstår komplikationer i onkologi ofte fra konsekvenserne af kemoterapi, hvor meget giftige stoffer anvendes.Hvis nanopartiklerne er bundet til en kapsel, der indeholder lægemidlet, kan det væreNår kapslen fastgøres til kræftcellerne, ser vi det, åbner beholderenVed hjælp af fokuseret ultralyd eller eksponering for et magnetfelt frigiver vi medicinen.På denne måde vil det blive leveret til kræftceller og påvirke dem punktvis uden at forgifte hele kroppen.
Fra rehabilitering til tingenes internet
Potentialet i kvantemåling rummer enorme muligheder for dets anvendelse.For eksempel kan kvantesensorer hjælpe med rehabilitering af slagtilfældepatienter.For at kompensere for de funktioner, som de døde områder i hjernebarken var ansvarlige for, for eksempel evnen til at kontrollere lemmerne, er det nødvendigt at aktivere nye områder.Og her spiller højfølsomme sensorer en vigtig rolle.Samtidig aktiverer vi lemmen ved hjælp af en speciel enhed.For konventionel elektroencefalografi er dette en meget lang og vanskelig opgave, men med kvantesensorer bliver det gennemførligt.Og i fremtiden kan forbindelsen mellem hjernesignaler og lemmernes bevægelseanvendes til kontrol af proteser.
Endnu et lovende kvanteområdesensorik - overvågning af biologiske processer inde i cellen. For at gøre dette skal du indføre en sensor i selve cellen. Men for ikke at skade dets arbejde skal sensoren være mikroskopisk i størrelse, og nogle typer kvantesensorer har sådanne dimensioner.
Uden for medicin kan kvantesensorer finde deres egneanvendelse i det industrielle internet af tingene, i den nye generation af navigationsteknologier, studiet af processer i jordskorpen, for eksempel jordskælvsovervågning og på mange andre områder.
Læs mere:
En skat med 1.000 mønter blev ved et uheld fundet på en gård: hvad kunne de købe
Navnet et vitamin, der beskytter hjernen mod demens
Det viste sig, hvilke mænd der er mest frugtbare: deres sædceller er 50 % bedre end resten