Kvantiniai jutikliai yra didelio tikslumo matavimo prietaisai, kurių veikimas pagrįstas kvantiniu poveikiu
2022 m. pasaulinės kvantinės rinkos apimtisjutiklių viršijo 278 milijardus dolerių ir, anot analitikų, per ateinančius 10 metų turėtų augti dar tris kartus. Tokie įrenginiai naudojami automobilių, sveikatos apsaugos, pramonės, geologijos, transporto, kompiuterių inžinerijos ir daugelyje kitų sričių. Pavyzdžiui, Birmingemo universiteto sukurtas kvantinis gravimetras galėtų padėti geologams rasti naftos ir kitų naudingųjų iškasenų telkinius. Jo veikimo principas pagrįstas „šaltaisiais“ atomais: jų temperatūra nukrenta iki verčių, artimų absoliučiam nuliui, o tai suteikia galimybę užfiksuoti net subtilius gravitacijos pokyčius. Tai leidžia aptikti pavojingas tuštumas po žeme, o tai gali sukelti avariją kasykloje. Ateityje gravimetras gali būti naudojamas statybose ir krovinių gabenimo stebėjimui.
Tačiau tikrai neįkainojamas kvantų indėlisjuslinis gali atnešti į mediciną. Dėl savo jautrumo jutikliai sugeba užfiksuoti pirmuosius ligos signalus dar prieš juos „pagauti“ kitais diagnostikos metodais. O ligos nustatymas ankstyvoje stadijoje yra vienas iš pagrindinių sėkmingo gydymo veiksnių.
Magnetiniai signalai
Viena iš pagrindinių kvanto taikymo sričiųjutikliai medicinoje - magnetoencefalografija. Ši procedūra leidžia ištirti smegenų būklę, matuojant magnetinius laukus, atsirandančius jų elektrinio aktyvumo metu.
Šiuolaikiniai diagnostikos metodaiSmegenų ligos fiksuojamos ne magnetiniais, o elektriniais komponentais – pavyzdžiui, šiuo principu veikia elektroencefalografija. Bet ši procedūra nesuteikia visos informacijos: jutikliai turi gaudyti signalą per kaukolę ir audinius, o žmogaus kūnas yra prastas elektrinių laukų laidininkas.
Su magnetiniais laukais viskas yra kitaip:magnetinis signalas iš smegenų dalies nepakitęs praeina per audinius, kad iš jo gautume daugiau duomenų. Sunkumas tas, kad mūsų smegenų magnetinius laukus sunku užfiksuoti, nes jų galia itin maža: 10 milijardų kartų mažesnė nei Žemės. Tam reikalingi labai jautrūs įrenginiai, pavyzdžiui, kvantiniai jutikliai. Užfiksuodami šiuos mažus magnetinius laukus, jutikliai leidžia diagnozuoti įvairius smegenų auglius, Alzheimerio sindromą ar epilepsiją.
Taigi, epilepsijos proceso pradžia prasidedamaža sritis smegenų žievėje. Naudojant EEG ir MRT, labai sunku rasti židinį, tačiau kvantiniai jutikliai yra pakankamai pajėgūs atlikti tokią užduotį. Tai ypač svarbu, kai pacientą ruošiasi operuoti, ir būtina kuo tiksliau surasti šalinamą vietą.
Itin jautrūs kvantiniai jutikliaimagnetoencefalografai jau yra, o 2021 m. QLU komanda su mokslininkais iš Skoltech ir Nacionalinio tyrimų universiteto Aukštosios ekonomikos mokyklos sukūrė savo naują tipą – pirmąjį pasaulyje kietojo kūno ultrajautrumą magnetometrą, galintį veikti kambario temperatūroje. Po metų QLU pritraukė 33 milijonus rublių investicijų, kad padidintų sistemos mastelį ir sukurtų pirmąjį laboratorijos prototipą.
Adreso pristatymas
Kita medicinos sritis, kur jie galinaudoti kvantinius jutiklius onkologinių ligų diagnostikai ir gydymui. Šiuo metu QLU kuria vieną iš šių metodų kartu su Glebo Sukhorukovo medžiagų laboratorija. Laboratorijoje sukuriamos mikrokapsulės – savotiškos talpyklos, kurias galima užpildyti vaistu ir patekti į kraują. Dėl specialios biologinės dangos jie gali būti lokalizuoti uždegiminėse ir onkologinėse srityse. Į šiuos konteinerius norime patalpinti magnetines nanodaleles – tada kvantinių jutiklių pagalba bus galima pamatyti, kur šios dalelės yra lokalizuotos, ir tokiu būdu identifikuoti naviką ankstyvoje stadijoje, o tai labai padidins sėkmingo rezultato tikimybę. ligos. Jutikliai jau įrodė savo veiksmingumą sekant magnetines daleles: neseniai QLU buvo sėkmingai išbandytas su laboratorinėmis pelėmis, kurioms buvo suleista nanodalelių ir kurios galėjo matyti jų pasiskirstymą visame kūne.
Šis metodas gali būti naudingas ne tikne tik diagnostikoje, bet ir terapijoje. Taigi komplikacijos onkologijoje dažnai kyla dėl chemoterapijos, kai naudojamos labai toksiškos medžiagos, pasekmių. Jei nanodalelės yra susijusios su kapsule, kurioje yra vaistas, jis gali būti nuotoliniu būdu sušvirkštas į naviką. Kai kapsulė prisitvirtins prie vėžio ląstelių, mes tai pamatysime, atidarysime talpyklą, naudodami fokusuotą ultragarsą arba magnetinį lauką, ir taip išleisime vaistą. Taip jis bus nukreiptas į vėžines ląsteles ir jas veiks tiksliai, neapnuodydamas viso organizmo.
Nuo reabilitacijos iki daiktų interneto
Kvantinio jutimo potencialas apimadidžiulės jo taikymo galimybės. Taigi kvantiniai jutikliai gali padėti reabilituoti ligonius, patyrusius insultą. Norint kompensuoti funkcijas, už kurias buvo atsakingos negyvos smegenų žievės sritys, pavyzdžiui, gebėjimas valdyti galūnes, reikia aktyvuoti naujas sritis. Ir čia didelį vaidmenį atlieka labai jautrūs jutikliai. Pavyzdžiui, žmogus įsivaizduoja, kad judina ranką, o šiuo metu specialiu prietaisu aktyvuojame galūnę. Smegenys pradeda kurti naujas nervines jungtis. Įprastinei elektroencefalografijai tai labai ilga ir sudėtinga užduotis, tačiau naudojant kvantinius jutiklius tai tampa įmanoma. O ateityje smegenų signalų ir galūnių judėjimo ryšys galėtų būti panaudotas protezavimo kontrolei.
Dar viena perspektyvi kvantų sritissensorika – biologinių procesų ląstelės viduje stebėjimas. Norėdami tai padaryti, į pačią ląstelę turite įvesti jutiklį. Tačiau norint nepakenkti jo darbui, jutiklis turi būti mikroskopinio dydžio, o kai kurių tipų kvantiniai jutikliai turi tokius matmenis.
Už medicinos ribų kvantiniai jutikliai gali rasti savopritaikymas pramoniniame daiktų internete, naujos kartos navigacijos technologijose, žemės plutoje vykstančių procesų, pavyzdžiui, žemės drebėjimų stebėjimo, tyrimuose ir daugelyje kitų sričių.
Skaityti daugiau:
Vienoje ūkyje atsitiktinai buvo rastas lobis su 1000 monetų: ką jie galėjo nusipirkti
Pavadintas vitaminu, kuris apsaugo smegenis nuo demencijos
Paaiškėjo, kurie vyrai yra vaisingiausi: jų sperma yra 50% geresnė nei kitų