Kvanttianturit ovat erittäin tarkkoja mittalaitteita, joiden toiminta perustuu kvanttivaikutuksiin
Vuonna 2022 kvantin globaalien markkinoiden volyymianturit ylittivät 278 miljardia dollaria, ja analyytikkojen mukaan seuraavan 10 vuoden aikana sen pitäisi kasvaa vielä kolme kertaa. Tällaisia laitteita käytetään autoteollisuudessa, terveydenhuollossa, teollisuudessa, geologiassa, liikenteessä, tietokonetekniikassa ja monilla muilla aloilla. Esimerkiksi Birminghamin yliopiston kehittämä kvanttigravimetri voisi auttaa geologeja löytämään öljyä ja muita mineraaliesiintymiä. Sen toimintaperiaate perustuu "kylmiin" atomeihin: niiden lämpötila laskee arvoihin, jotka ovat lähellä absoluuttista nollaa, mikä antaa heille mahdollisuuden tallentaa jopa hienoisia painovoiman muutoksia. Tämän avulla voit havaita vaaralliset tyhjiöt maan alla, mikä voi johtaa hätätilanteeseen kaivoksessa. Jatkossa gravimetriä voidaan käyttää rakentamisessa ja tavarankuljetusten valvontaan.
Mutta kvantin todella korvaamaton panosaistillinen voi tuoda lääketieteeseen. Herkkyytensä ansiosta anturit pystyvät sieppaamaan taudin ensimmäiset signaalit jo ennen kuin ne voidaan "tartaa" muilla diagnostisilla menetelmillä. Ja taudin havaitseminen varhaisessa vaiheessa on yksi tärkeimmistä onnistuneen hoidon tekijöistä.
Magneettiset signaalit
Yksi kvantin pääsovellusalueistaanturit lääketieteessä — magnetoenkefalografia. Tämän menettelyn avulla voit tutkia aivojen tilaa mittaamalla magneettikenttiä, jotka syntyvät sen sähköisen toiminnan aikana.
Useimmat nykyaikaiset diagnostiset menetelmätAivosairauksia ei rekisteröidä magneettisilla, vaan sähköisillä komponenteilla - esimerkiksi elektroenkefalografia toimii tällä periaatteella. Tämä toimenpide ei kuitenkaan anna täydellistä tietoa: antureiden on saatava signaali kallon ja kudoksen kautta, ja ihmiskeho on huono sähkökenttien johde.
Magneettikentillä kaikki on erilaista:magneettinen signaali jostakin aivojen osasta kulkee kudosten läpi muuttumattomana, jotta voimme saada siitä lisää tietoa. Vaikeus on se, että aivomme magneettikenttiä on vaikea vangita, koska niiden teho on erittäin pieni: 10 miljardia kertaa pienempi kuin Maan. Tämä vaatii erittäin herkkiä laitteita, kuten kvanttiantureita. Sieppaamalla nämä pienet magneettikentät anturit mahdollistavat erilaisten aivokasvainten, Alzheimerin oireyhtymän tai epilepsian diagnosoinnin.
Joten epileptisen prosessin alku alkaapieni alue aivokuoressa. EEG:n ja MRI:n avulla on erittäin vaikea löytää tarkennusta, mutta kvanttianturit ovat melko kykeneviä sellaiseen tehtävään. Tämä on erityisen tärkeää, kun potilas on menossa leikkaukseen ja poistettava alue on löydettävä mahdollisimman tarkasti.
Ultraherkkien kvanttianturitmagnetoenkefalografeja on jo olemassa, ja vuonna 2021 QLU-tiimi Skoltechin ja Kansallisen tutkimusyliopiston kauppakorkeakoulun tutkijoiden kanssa kehitti uuden tyyppinsä - maailman ensimmäisen solid-state-ultraherkän magnetometrin, joka voi toimia huoneenlämmössä. Vuotta myöhemmin QLU houkutteli 33 miljoonan ruplan investointeja järjestelmän skaalaamiseen ja ensimmäisen laboratorion prototyypin luomiseen.
Osoitteen toimitus
Toinen lääketieteen alue, jossa he voivatkäyttää kvanttiantureita onkologisten sairauksien diagnosointiin ja hoitoon. QLU työskentelee parhaillaan yhtä näistä menetelmistä yhdessä Gleb Sukhorukovin materiaalilaboratorion kanssa. Laboratorio luo mikrokapseleita - eräänlaisia astioita, jotka voidaan täyttää lääkkeellä ja viedä verenkiertoon. Erityisen biologisen pinnoitteen ansiosta ne voidaan lokalisoida tulehduksille ja onkologialle. Haluamme sijoittaa näihin astioihin magneettisia nanohiukkasia - silloin kvanttianturien avulla voidaan nähdä, missä nämä hiukkaset sijaitsevat, ja siten tunnistaa kasvain varhaisessa vaiheessa, mikä lisää huomattavasti onnistuneen lopputuloksen mahdollisuuksia taudista. Anturit ovat jo osoittaneet tehokkuutensa magneettisten hiukkasten jäljittämisessä: äskettäin QLU testattiin onnistuneesti laboratoriohiirillä, joille injektoitiin nanopartikkeleita ja jotka pystyivät näkemään niiden jakautumisen koko kehossa.
Tämä menetelmä voi olla hyödyllinen paitsidiagnostiikassa, mutta myös terapiassa. Siksi onkologian komplikaatiot johtuvat usein erittäin myrkyllisiä aineita käyttävän kemoterapian seurauksista. Jos lääkettä sisältävään kapseliin liittyy nanopartikkeleita, se voidaan injektoida etänä kasvaimeen. Kun kapseli kiinnittyy syöpäsoluihin, näemme tämän, avaamme säiliön fokusoidulla ultraäänellä tai magneettikentällä ja vapautamme siten lääkkeen. Tällä tavalla se kohdistetaan syöpäsoluihin ja vaikuttaa niihin tarkasti, ilman koko kehon myrkytystä.
Kuntoutumisesta esineiden Internetiin
Kvanttitunnistuksen potentiaali sisältää mmvaltavat mahdollisuudet sen soveltamiseen. Näin ollen kvanttianturit voivat auttaa aivohalvauksen saaneiden potilaiden kuntoutuksessa. Uusia alueita on aktivoitava kompensoimaan niitä toimintoja, joista aivokuoren kuolleet alueet olivat vastuussa, esimerkiksi kyky hallita raajoja. Ja tässä erittäin herkillä antureilla on suuri rooli. Esimerkiksi henkilö kuvittelee liikuttavansa käsiään, ja tällä hetkellä aktivoimme raajan erityisellä laitteella. Aivot alkavat rakentaa uusia hermoyhteyksiä. Perinteiselle elektroenkefalografialle tämä on erittäin pitkä ja vaikea tehtävä, mutta kvanttiantureilla se on mahdollista. Ja tulevaisuudessa aivosignaalien ja raajojen liikkeen välistä yhteyttä voitaisiin käyttää proteesien ohjaamiseen.
Toinen lupaava kvanttialuesensoriikka - solun sisäisten biologisten prosessien seuranta. Tätä varten sinun on vietävä anturi itse kennoon. Mutta jotta se ei vahingoittaisi sen työtä, anturin on oltava kooltaan mikroskooppinen, ja tietyillä kvanttiantureilla on tällaiset mitat.
Lääketieteen ulkopuolella kvanttianturit voivat löytää omansasovellus teollisessa esineiden Internetissä, uuden sukupolven navigointiteknologioissa, maankuoren prosessien tutkimuksessa, esimerkiksi maanjäristysten tarkkailussa, ja monilla muilla aloilla.
Lue lisää:
Tilalta löydettiin vahingossa 1000 kolikon aarre: mitä he voisivat ostaa
Nimetty vitamiiniksi, joka suojaa aivoja dementialta
Kävi ilmi, mitkä miehet ovat hedelmällisimpiä: heidän siittiönsä on 50 % parempia kuin muiden