Kvantu sensori ir augstas precizitātes mērinstrumenti, kuru darbības pamatā ir kvantu ietekme
2022. gadā kvantu pasaules tirgus apjomssensori pārsniedza 278 miljardus dolāru, un, pēc analītiķu domām, nākamajos 10 gados vajadzētu pieaugt vēl trīs reizes. Šādas ierīces izmanto automobiļu rūpniecībā, veselības aprūpē, rūpniecībā, ģeoloģijā, transportā, datortehnikā un daudzās citās jomās. Piemēram, kvantu gravimetrs, ko izstrādājusi Birmingemas universitāte, varētu palīdzēt ģeologiem atrast naftas un citu derīgo izrakteņu atradnes. Tās darbības princips ir balstīts uz "aukstiem" atomiem: to temperatūra nokrītas līdz vērtībām, kas ir tuvu absolūtai nullei, kas dod viņiem iespēju reģistrēt pat smalkas gravitācijas izmaiņas. Tas ļauj atklāt bīstamus tukšumus pazemē, kas var izraisīt avārijas situāciju raktuvēs. Nākotnē gravimetru varēs izmantot celtniecībā un kravu pārvadājumu uzraudzībai.
Bet patiesi nenovērtējamais kvantu ieguldījumsmaņu var dot medicīnai. Pateicoties jutībai, sensori spēj uztvert pirmos slimības signālus pat pirms tos var "noķert" ar citām diagnostikas metodēm. Un slimības atklāšana agrīnā stadijā ir viens no galvenajiem veiksmīgas ārstēšanas faktoriem.
Magnētiskie signāli
Viena no galvenajām kvantu pielietošanas jomāmsensori medicīnā — magnetoencefalogrāfija. Šī procedūra ļauj izpētīt smadzeņu stāvokli, mērot magnētiskos laukus, kas rodas to elektriskās aktivitātes laikā.
Vismodernākās diagnostikas metodesSmadzeņu slimības tiek fiksētas nevis ar magnētiskiem, bet gan elektriskiem komponentiem - piemēram, elektroencefalogrāfija darbojas pēc šāda principa. Taču šī procedūra nesniedz pilnīgu informāciju: sensoriem ir jāuztver signāls caur galvaskausu un audiem, un cilvēka ķermenis ir slikts elektrisko lauku vadītājs.
Ar magnētiskajiem laukiem viss ir savādāk:magnētiskais signāls no kādas smadzeņu daļas iziet cauri audiem nemainītā stāvoklī, lai mēs no tā iegūtu vairāk datu. Grūtības ir tādas, ka mūsu smadzeņu magnētiskos laukus ir grūti uztvert, jo to jauda ir ārkārtīgi maza: 10 miljardus reižu mazāka nekā Zemei. Tam nepieciešamas ļoti jutīgas ierīces, piemēram, kvantu sensori. Uztverot šos mazos magnētiskos laukus, sensori ļauj diagnosticēt dažādus smadzeņu audzējus, Alcheimera sindromu vai epilepsiju.
Так, запуск эпилептического процесса начинается с крохотного участка на коре головного мозга. С помощью ЭЭГ и МРТ найти очаг очень сложно, зато квантовым сенсорам такая задача вполне под силу. Это особенно важно, когда пациенту предстоит операция, и нужно максимально точно найти участок, который предстоит удалить.
Kvantu sensori īpaši jutīgiemmagnetoencefalogrāfi jau pastāv, un 2021. gadā QLU komanda ar Skoltech un Nacionālās pētniecības universitātes Ekonomikas augstskolas zinātniekiem izstrādāja savu jauno tipu - pasaulē pirmo cietvielu ultrajutīgo magnetometru, kas var darboties istabas temperatūrā. Gadu vēlāk QLU piesaistīja 33 miljonus rubļu investīcijas, lai paplašinātu sistēmu un izveidotu pirmo laboratorijas prototipu.
Adreses piegāde
Vēl viena medicīnas joma, kur viņi varizmantot kvantu sensorus onkoloģisko slimību diagnostikā un terapijā. Šobrīd QLU kopā ar Gļeba Suhorukova materiālu laboratoriju strādā pie vienas no šīm metodēm. Laboratorijā tiek veidotas mikrokapsulas – sava veida trauki, kurus var piepildīt ar zālēm un ievadīt asinsritē. Īpaša bioloģiskā pārklājuma dēļ tos var lokalizēt iekaisuma un onkoloģijas zonās. Mēs vēlamies šajos konteineros ievietot magnētiskās nanodaļiņas - tad ar kvantu sensoru palīdzību būs iespējams redzēt, kur šīs daļiņas atrodas, un tādējādi identificēt audzēju agrīnā stadijā, un tas ievērojami palielinās izredzes uz veiksmīgu iznākumu. no slimības. Sensori jau ir pierādījuši savu efektivitāti magnētisko daļiņu izsekošanā: nesen QLU tika veiksmīgi pārbaudīts ar laboratorijas pelēm, kurām tika injicētas nanodaļiņas, un tās varēja redzēt to izplatību visā organismā.
Šī metode var būt noderīga ne tikaidiagnostikā, bet arī terapijā. Tādējādi komplikācijas onkoloģijā bieži rodas no ķīmijterapijas sekām, kurās tiek izmantotas ļoti toksiskas vielas. Ja nanodaļiņas ir saistītas ar kapsulu, kurā ir zāles, to var attālināti injicēt audzējā. Kad kapsula piestiprinās pie vēža šūnām, mēs to redzēsim, atveram konteineru, izmantojot fokusētu ultraskaņu vai magnētisko lauku, un tādējādi atbrīvosim zāles. Tādā veidā tas tiks mērķēts uz vēža šūnām un precīzi iedarbosies uz tām, nesaindējot visu ķermeni.
No rehabilitācijas līdz lietu internetam
Kvantu sensoru potenciāls ietvermilzīgas iespējas tās pielietošanai. Tādējādi kvantu sensori var palīdzēt to pacientu rehabilitācijā, kuri pārcietuši insultu. Lai kompensētu funkcijas, par kurām bija atbildīgi smadzeņu garozas mirušie apgabali, piemēram, spēju kontrolēt ekstremitātes, ir jāaktivizē jaunas zonas. Un šeit lielu lomu spēlē ļoti jutīgi sensori. Piemēram, cilvēks iedomājas, ka viņš kustina roku, un šajā laikā mēs aktivizējam ekstremitāti, izmantojot īpašu ierīci. Smadzenes sāk veidot jaunus neironu savienojumus. Tradicionālajai elektroencefalogrāfijai tas ir ļoti ilgs un grūts uzdevums, bet ar kvantu sensoriem tas kļūst iespējams. Un nākotnē saikni starp smadzeņu signāliem un ekstremitāšu kustībām varētu izmantot protezēšanas kontrolei.
Vēl viens daudzsološs kvantu virzienssensorika - bioloģisko procesu monitorings šūnas iekšienē. Lai to izdarītu, pašā šūnā ir jāievieto sensors. Bet, lai nekaitētu tā darbībai, sensoram jābūt mikroskopiskam izmēram, un dažiem kvantu sensoru veidiem ir tieši šādi izmēri.
Ārpus medicīnas kvantu sensori var atrast savu ceļupielietojums rūpnieciskajā lietu internetā, jaunās paaudzes navigācijas tehnoloģijās, pētot procesus zemes garozā, piemēram, zemestrīču monitoringā un daudzās citās jomās.
Lasīt vairāk:
Kādā lauku saimniecībā nejauši tika atrasts dārgums ar 1000 monētām: ko viņi varēja nopirkt
Nosaukts par vitamīnu, kas aizsargā smadzenes no demences
Izrādījās, kuri vīrieši ir visauglīgākie: viņu spermatozoīdi ir par 50% labāki nekā pārējie