קוונטי רגיש: כיצד משתמשים בחיישנים קוונטיים ברפואה

חיישני קוונטים הם מכשירי מדידה בעלי דיוק גבוה, שפעולתם מבוססת על השפעות הקוונטים

מֵכָנִיקָה. הם מאופיינים ברגישות גבוהה במיוחד, שבגללה הם מסוגלים לבצע מדידות שאינן נגישות לחיישנים קלאסיים.

בשנת 2022, נפח השוק העולמי לקוונטיחיישנים עלו על 278 מיליארד דולר ולפי אנליסטים, במהלך 10 השנים הבאות אמורים לגדול עוד פי שלושה. מכשירים כאלה משמשים בתחום הרכב, הבריאות, התעשייה, הגיאולוגיה, התחבורה, הנדסת מחשבים ותחומים רבים אחרים. לדוגמה, מד כבידה קוונטי, שפותח על ידי אוניברסיטת ברמינגהם, יכול לעזור לגיאולוגים למצוא נפט ומרבצי מינרלים אחרים. עיקרון פעולתו מבוסס על אטומים "קרים": הטמפרטורה שלהם יורדת לערכים קרובים לאפס המוחלט, מה שנותן להם את היכולת לתעד אפילו שינויים עדינים בכבידה. זה מאפשר לך לזהות חללים מסוכנים מתחת לאדמה, מה שעלול להוביל למצב חירום במכרה. בעתיד, מד הכבידה יכול לשמש בבנייה ולניטור הובלת מטענים.

אבל התרומה החשובה באמת של הקוונטיםחושי יכול להביא לרפואה. בשל רגישותם, מסוגלים החיישנים ללכוד את האותות הראשונים של המחלה עוד לפני שניתן "לתפוס" אותם בשיטות אבחון אחרות. וגילוי המחלה בשלב מוקדם הוא אחד הגורמים העיקריים לטיפול מוצלח.

אותות מגנטיים

אחד מתחומי היישום העיקריים של הקוונטיםחיישנים ברפואה - מגנטואנצפלוגרפיה. הליך זה מאפשר לך ללמוד את מצב המוח על ידי מדידת השדות המגנטיים המתעוררים במהלך פעילותו החשמלית.

רוב שיטות האבחון המודרניותמחלות מוח מתועדות לא על ידי רכיבים מגנטיים, אלא על ידי רכיבים חשמליים - למשל, אלקטרואנצפלוגרפיה עובדת על עיקרון זה. אבל הליך זה אינו מספק מידע מלא: החיישנים צריכים לתפוס את האות דרך הגולגולת והרקמה, וגוף האדם הוא מוליך גרוע של שדות חשמליים. 

עם שדות מגנטיים, הכל שונה:אות מגנטי מחלק מהמוח עובר דרך הרקמות במצב ללא שינוי, כדי שנוכל לקבל ממנו נתונים נוספים. הקושי הוא שקשה ללכוד את השדות המגנטיים של המוח שלנו, כי כוחם קטן ביותר: פי 10 מיליארד פחות מזה של כדור הארץ. זה דורש מכשירים רגישים מאוד, כמו חיישנים קוונטיים. באמצעות לכידת השדות המגנטיים הקטנים הללו, החיישנים מאפשרים לאבחן גידולי מוח שונים, תסמונת אלצהיימר או אפילפסיה.

אז, תחילת התהליך האפילפטי מתחילהאזור זעיר בקליפת המוח. בעזרת EEG ו-MRI, קשה מאוד למצוא את המיקוד, אבל חיישנים קוונטיים מסוגלים למדי לבצע משימה כזו. הדבר חשוב במיוחד כאשר המטופל עומד לעבור ניתוח, ויש צורך למצוא את האזור להסרה בצורה מדויקת ככל האפשר.

חיישני קוונטים לרגישים במיוחדמגנטואנצפלוגרפים כבר קיימים,  ובשנת 2021, צוות QLU עם מדענים מסקולטק ובית הספר הגבוה לכלכלה של אוניברסיטת המחקר הלאומית פיתח את הסוג החדש שלהם - המגנומטר האולטרה-רגיש הראשון בעולם המסוגל לפעול בטמפרטורת החדר. שנה לאחר מכן, QLU משכה 33 מיליון רובל של השקעה כדי להגדיל את המערכת וליצור את אב הטיפוס המעבדתי הראשון.

מסירת כתובת

תחום נוסף ברפואה שבו הם יכוליםלהשתמש בחיישנים קוונטיים לאבחון וטיפול במחלות אונקולוגיות. QLU עובדת כעת על אחת מהשיטות הללו יחד עם מעבדת החומרים של גלב סוחורוקוב. המעבדה יוצרת מיקרוקפסולות - מעין מיכלים שניתן למלא בתרופה ולהחדירם לזרם הדם. בשל ציפוי ביולוגי מיוחד, הם יכולים להיות מקומיים באזורי דלקת ואונקולוגיה. אנחנו רוצים למקם ננו-חלקיקים מגנטיים במיכלים האלה - ואז בעזרת חיישנים קוונטיים ניתן יהיה לראות היכן חלקיקים אלו ממוקמים, ועל ידי כך לזהות את הגידול בשלב מוקדם, וזה יגדיל מאוד את הסיכויים לתוצאה מוצלחת. של המחלה. חיישנים כבר הוכיחו את יעילותם למעקב אחר חלקיקים מגנטיים: לאחרונה ב  QLU נבדקה בהצלחה על עכברי מעבדה שהוזרקו להם ננו-חלקיקים והצליחו לראות את התפלגותם בכל הגוף. 

שיטה זו יכולה להיות שימושית לא רק עבוראבחון, אבל גם בטיפול. לפיכך, סיבוכים באונקולוגיה נובעים לעתים קרובות מההשלכות של כימותרפיה, המשתמשת בחומרים רעילים מאוד. אם ננו-חלקיקים קשורים לקפסולה המכילה תרופה, ניתן להזריק אותה מרחוק לגידול. כאשר הקפסולה מתחברת לתאי הסרטן, נראה זאת, נפתח את המיכל באמצעות אולטרסאונד ממוקד או שדה מגנטי ובכך נשחרר את התרופה. כך הוא יכוון לתאים סרטניים ויפעל עליהם בצורה מדויקת, מבלי להרעיל את כל הגוף.  

משיקום ועד האינטרנט של הדברים

הפוטנציאל של חישה קוונטית כוללאפשרויות עצומות ליישומה. כך, חיישנים קוונטיים יכולים לסייע בשיקום חולים שלקו בשבץ מוחי. כדי לפצות על התפקודים עליהם היו אחראים האזורים המתים של קליפת המוח, למשל, היכולת לשלוט בגפיים, יש להפעיל אזורים חדשים. וכאן חיישנים רגישים מאוד משחקים תפקיד גדול. לדוגמא, אדם מדמיין שהוא מזיז את זרועו, ובזמן זה אנו מפעילים את האיבר באמצעות מכשיר מיוחד. המוח מתחיל לבנות קשרים עצביים חדשים. עבור אלקטרואנצפלוגרפיה קונבנציונלית זו משימה ארוכה וקשה מאוד, אבל עם חיישני קוונטים היא הופכת לביצוע. ובעתיד, ניתן יהיה להשתמש בחיבור בין אותות מוח לתנועת גפיים כדי לשלוט בתותבות. 

עוד תחום קוונטי מבטיחסנסוריקה - ניטור תהליכים ביולוגיים בתוך התא. כדי לעשות זאת, אתה צריך להכניס חיישן לתוך התא עצמו. אבל כדי לא לפגוע בעבודתו, החיישן חייב להיות בגודל מיקרוסקופי, ולכמה סוגים של חיישנים קוונטיים יש ממדים כאלה.

מחוץ לרפואה, חיישנים קוונטיים יכולים למצוא את שלהםיישום באינטרנט התעשייתי של הדברים, בדור החדש של טכנולוגיות ניווט, חקר תהליכים בקרום כדור הארץ, למשל, ניטור רעידות אדמה, ובתחומים רבים נוספים.

קרא עוד:

אוצר עם 1,000 מטבעות נמצא בטעות בחווה: מה יכלו לקנות

נקרא ויטמין המגן על המוח מפני דמנציה

התברר אילו גברים הם הפוריים ביותר: הזרע שלהם טוב ב-50% מהשאר