Kvantni senzori su visokoprecizni mjerni instrumenti čiji se rad temelji na učincima kvantne
U 2022. obujam globalnog tržišta kvantnihsenzora premašio je 278 milijardi dolara i, prema analitičarima, u sljedećih 10 godina trebao bi narasti još tri puta. Takvi se uređaji koriste u automobilskoj industriji, zdravstvu, industriji, geologiji, transportu, računalnom inženjerstvu i mnogim drugim područjima. Na primjer, kvantni gravimetar, koji je razvilo Sveučilište u Birminghamu, mogao bi pomoći geolozima u pronalaženju nalazišta nafte i drugih minerala. Princip njegovog rada temelji se na "hladnim" atomima: njihova temperatura pada na vrijednosti blizu apsolutne nule, što im daje mogućnost bilježenja čak i suptilnih promjena gravitacije. To vam omogućuje otkrivanje opasnih praznina pod zemljom, što može dovesti do hitnog slučaja u rudniku. Gravimetar se u budućnosti može koristiti u građevinarstvu i za praćenje transporta tereta.
Ali uistinu neprocjenjiv doprinos kvantneosjetilno može donijeti medicini. Zbog svoje osjetljivosti senzori su u stanju uhvatiti prve signale bolesti i prije nego što ih uspiju "uhvatiti" drugim dijagnostičkim metodama. A otkrivanje bolesti u ranoj fazi jedan je od glavnih čimbenika uspješnog liječenja.
Magnetski signali
Jedno od glavnih područja primjene kvantsenzori u medicini — magnetoencefalografija. Ovaj postupak omogućuje vam proučavanje stanja mozga mjerenjem magnetskih polja koja nastaju tijekom njegove električne aktivnosti.
Najsuvremenije dijagnostičke metodeBolesti mozga ne bilježe magnetske, već električne komponente - na primjer, elektroencefalografija radi na ovom principu. No taj postupak ne daje potpunu informaciju: senzori moraju uhvatiti signal kroz lubanju i tkivo, a ljudsko tijelo je loš vodič električnih polja.
S magnetskim poljima sve je drugačije:magnetski signal iz dijela mozga prolazi kroz tkiva u nepromijenjenom stanju, tako da iz njega možemo dobiti više podataka. Poteškoća je u tome što je magnetska polja našeg mozga teško uhvatiti, jer je njihova snaga izuzetno mala: 10 milijardi puta manja od Zemljine. To zahtijeva vrlo osjetljive uređaje, poput kvantnih senzora. Hvatajući ta mala magnetska polja, senzori omogućuju dijagnosticiranje raznih tumora mozga, Alzheimerovog sindroma ili epilepsije.
Dakle, početak epileptičkog procesa počinje ssićušno područje u moždanoj kori. Uz pomoć EEG-a i MRI-a vrlo je teško pronaći žarište, no kvantni senzori sasvim su sposobni za takav zadatak. To je posebno važno kada je pacijent pred operacijom, a potrebno je što točnije pronaći područje koje treba ukloniti.
Kvantni senzori za ultra-osjetljivemagnetoencefalografi već postoje, a 2021. QLU tim sa znanstvenicima iz Skoltecha i Visoke ekonomske škole Nacionalnog istraživačkog sveučilišta razvio je svoj novi tip - prvi ultraosjetljivi magnetometar u čvrstom stanju na svijetu koji može raditi na sobnoj temperaturi. Godinu dana kasnije, QLU je privukao 33 milijuna rubalja ulaganja za skaliranje sustava i stvaranje prvog laboratorijskog prototipa.
Dostava na adresu
Još jedno područje medicine gdje mogukoristiti kvantne senzore za dijagnostiku i terapiju onkoloških bolesti. QLU trenutno radi na jednoj od ovih metoda zajedno s laboratorijem materijala Gleba Sukhorukova. Laboratorij stvara mikrokapsule - svojevrsne spremnike koji se mogu napuniti lijekom i unijeti u krvotok. Zbog posebnog biološkog premaza, mogu se lokalizirati u područjima upale i onkologije. U te spremnike želimo staviti magnetske nanočestice - tada će se uz pomoć kvantnih senzora moći vidjeti gdje su te čestice lokalizirane, a time i identificirati tumor u ranoj fazi, a to će uvelike povećati izglede za uspješan ishod od bolesti. Senzori su već dokazali svoju učinkovitost u praćenju magnetskih čestica: nedavno u QLU je uspješno testiran na laboratorijskim miševima kojima su ubrizgane nanočestice te su mogli vidjeti njihovu raspodjelu po tijelu.
Ova metoda može biti korisna ne samo zadijagnostici, ali i u terapiji. Tako komplikacije u onkologiji često proizlaze iz posljedica kemoterapije, koja koristi vrlo otrovne tvari. Ako su nanočestice povezane s kapsulom koja sadrži lijek, on se može daljinski ubrizgati u tumor. Kada se kapsula pričvrsti na stanice raka, mi ćemo to vidjeti, otvoriti spremnik pomoću fokusiranog ultrazvuka ili magnetskog polja i time otpustiti lijek. Tako će ciljano djelovati na stanice raka i na njih djelovati precizno, bez trovanja cijelog organizma.
Od rehabilitacije do interneta stvari
Potencijal kvantnog osjeta uključujeogromne mogućnosti njegove primjene. Tako kvantni senzori mogu pomoći u rehabilitaciji pacijenata koji su pretrpjeli moždani udar. Kako bi se nadoknadile funkcije za koje su bila odgovorna mrtva područja kore velikog mozga, na primjer, sposobnost upravljanja udovima, potrebno je aktivirati nova područja. I tu vrlo osjetljivi senzori igraju veliku ulogu. Na primjer, osoba zamišlja da pomiče ruku, a mi u to vrijeme aktiviramo ekstremitet posebnim uređajem. Mozak počinje graditi nove neuronske veze. Za konvencionalnu elektroencefalografiju to je vrlo dug i težak zadatak, ali s kvantnim senzorima postaje izvediv. A u budućnosti bi se veza između moždanih signala i pokreta udova mogla koristiti za kontrolu protetike.
Još jedno kvantno područje koje obećavasenzorika - praćenje bioloških procesa unutar stanice. Da biste to učinili, morate uvesti senzor u samu ćeliju. No, kako ne bi štetio njegovom radu, senzor mora biti mikroskopskih dimenzija, a neke vrste kvantnih senzora imaju takve dimenzije.
Izvan medicine, kvantni senzori mogu pronaći svojeprimjena u industrijskom Internetu stvari, u novoj generaciji navigacijskih tehnologija, proučavanju procesa u zemljinoj kori, primjerice, praćenju potresa, te u mnogim drugim područjima.
Čitaj više:
Na jednoj farmi slučajno je pronađeno blago s 1000 novčića: što su mogli kupiti
Nazvan vitaminom koji štiti mozak od demencije
Pokazalo se koji su muškarci najplodniji: njihova sperma je 50% bolja od ostalih