Los sensores cuánticos son instrumentos de medición de alta precisión cuyo funcionamiento se basa en los efectos de la energía cuántica.
En 2022, el volumen del mercado global de cuánticaLos sensores superaron los $ 278 mil millones y, según los analistas, en los próximos 10 años debería crecer otras tres veces. Dichos dispositivos se utilizan en automoción, salud, industria, geología, transporte, ingeniería informática y muchas otras áreas. Por ejemplo, un gravímetro cuántico, desarrollado por la Universidad de Birmingham, podría ayudar a los geólogos a encontrar petróleo y otros depósitos minerales. El principio de su funcionamiento se basa en átomos "fríos": su temperatura desciende hasta valores cercanos al cero absoluto, lo que les otorga la capacidad de registrar incluso cambios sutiles en la gravedad. Esto le permite detectar vacíos subterráneos peligrosos, que pueden provocar una emergencia en la mina. En el futuro, el gravímetro podrá utilizarse en la construcción y para monitorear el transporte de carga.
Pero la contribución verdaderamente invaluable de la tecnología cuánticasensorial puede aportar a la medicina. Debido a su sensibilidad, los sensores son capaces de captar las primeras señales de la enfermedad incluso antes de que puedan ser "atrapados" por otros métodos de diagnóstico. Y la detección de la enfermedad en una etapa temprana es uno de los principales factores para el éxito del tratamiento.
señales magnéticas
Una de las principales áreas de aplicación de la cuánticasensores en medicina: magnetoencefalografía. Este procedimiento permite estudiar el estado del cerebro midiendo los campos magnéticos que surgen durante su actividad eléctrica.
Los métodos de diagnóstico más modernos.Las enfermedades cerebrales no se registran mediante componentes magnéticos, sino eléctricos; por ejemplo, la electroencefalografía funciona según este principio. Pero este procedimiento no proporciona información completa: los sensores tienen que captar la señal a través del cráneo y los tejidos, y el cuerpo humano es un mal conductor de campos eléctricos.
Con los campos magnéticos, todo es diferente:una señal magnética de una parte del cerebro pasa a través de los tejidos en un estado sin cambios, para que podamos obtener más datos de ella. La dificultad es que los campos magnéticos de nuestro cerebro son difíciles de captar, porque su poder es extremadamente pequeño: 10 mil millones de veces menos que el de la Tierra. Esto requiere dispositivos muy sensibles, como sensores cuánticos. Al capturar estos pequeños campos magnéticos, los sensores permiten diagnosticar varios tumores cerebrales, el síndrome de Alzheimer o la epilepsia.
Entonces, el inicio del proceso epiléptico comienza conpequeña área en la corteza cerebral. Con la ayuda de EEG y MRI, es muy difícil encontrar el foco, pero los sensores cuánticos son muy capaces de realizar esa tarea. Esto es especialmente importante cuando el paciente está a punto de someterse a una cirugía y es necesario encontrar el área a extirpar con la mayor precisión posible.
Sensores cuánticos para ultrasensibles.Las magnetoencefalografías ya existen, y en 2021, el equipo de QLU con científicos de Skoltech y la Escuela Superior de Economía de la Universidad Nacional de Investigación desarrolló su nuevo tipo: el primer magnetómetro ultrasensible de estado sólido del mundo que puede funcionar a temperatura ambiente. Un año después, QLU atrajo una inversión de 33 millones de rublos para ampliar el sistema y crear el primer prototipo de laboratorio.
Entrega de dirección
Otra área de la medicina donde puedenutilizar sensores cuánticos para el diagnóstico y terapia de enfermedades oncológicas. Actualmente QLU está trabajando en uno de estos métodos junto con el laboratorio de materiales de Gleb Sukhorukov. El laboratorio crea microcápsulas, una especie de recipientes que pueden llenarse con un medicamento e introducirse en el torrente sanguíneo. Gracias a un recubrimiento biológico especial, pueden localizarse en áreas de inflamación y oncología. Queremos colocar nanopartículas magnéticas en estos contenedores; luego, con la ayuda de sensores cuánticos, será posible ver dónde están localizadas estas partículas y, de ese modo, identificar el tumor en una etapa temprana, lo que aumentará en gran medida las posibilidades de un resultado exitoso. de la enfermedad. Los sensores ya han demostrado su eficacia para rastrear partículas magnéticas: recientemente en QLU se probó con éxito en ratones de laboratorio a los que se les inyectaron nanopartículas y pudieron ver su distribución por todo el cuerpo.
Este método puede ser útil no sólo paradiagnóstico, sino también en terapia. Así, las complicaciones en oncología surgen a menudo como consecuencia de la quimioterapia, en la que se utilizan sustancias muy tóxicas. Si las nanopartículas se asocian con una cápsula que contiene un fármaco, se puede inyectar de forma remota en el tumor. Cuando la cápsula se adhiere a las células cancerosas, lo veremos, abriremos el recipiente mediante ultrasonido enfocado o un campo magnético y así liberaremos el medicamento. De esta manera, se dirigirá a las células cancerosas y actuará sobre ellas con precisión, sin envenenar todo el cuerpo.
De la rehabilitación al Internet de las cosas
El potencial de la detección cuántica incluyeenormes posibilidades para su aplicación. Así, los sensores cuánticos pueden ayudar en la rehabilitación de pacientes que han sufrido un ictus. Para compensar las funciones de las que eran responsables las zonas muertas de la corteza cerebral, por ejemplo la capacidad de controlar las extremidades, es necesario activar nuevas zonas. Y aquí los sensores altamente sensibles juegan un papel importante. Por ejemplo, una persona imagina que está moviendo el brazo y en ese momento activamos la extremidad mediante un dispositivo especial. El cerebro comienza a construir nuevas conexiones neuronales. Para la electroencefalografía convencional esta es una tarea muy larga y difícil, pero con sensores cuánticos se vuelve factible. Y en el futuro, la conexión entre las señales cerebrales y el movimiento de las extremidades podría utilizarse para controlar las prótesis.
Otra área prometedora de la cuántica.sensorics - seguimiento de los procesos biológicos dentro de la célula. Para hacer esto, debe introducir un sensor en la celda. Pero para no dañar su trabajo, el sensor debe tener un tamaño microscópico, y algunos tipos de sensores cuánticos tienen tales dimensiones.
Fuera de la medicina, los sensores cuánticos pueden encontrar los suyosaplicación en el Internet industrial de las cosas, en la nueva generación de tecnologías de navegación, el estudio de procesos en la corteza terrestre, por ejemplo, monitoreo de terremotos, y en muchas otras áreas.
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