Kwantumsensoren zijn uiterst nauwkeurige meetinstrumenten waarvan de werking gebaseerd is op de effecten van kwantum
In 2022 zal het volume van de wereldmarkt voor kwantumsensoren overschreden $ 278 miljard en zouden volgens analisten de komende 10 jaar nog eens drie keer moeten groeien. Dergelijke apparaten worden gebruikt in de auto-industrie, gezondheidszorg, industrie, geologie, transport, computertechniek en vele andere gebieden. Een kwantumgravimeter, ontwikkeld door de Universiteit van Birmingham, zou geologen bijvoorbeeld kunnen helpen bij het vinden van olie en andere minerale afzettingen. Het werkingsprincipe is gebaseerd op "koude" atomen: hun temperatuur daalt tot waarden dicht bij het absolute nulpunt, waardoor ze zelfs subtiele veranderingen in de zwaartekracht kunnen registreren. Hiermee kun je gevaarlijke holtes onder de grond detecteren, wat kan leiden tot een noodsituatie in de mijn. In de toekomst kan de gravimeter worden gebruikt in de bouw en voor het bewaken van vrachtvervoer.
Maar de echt onschatbare bijdrage van kwantumzintuiglijk kan bijdragen aan de geneeskunde. Vanwege hun gevoeligheid zijn de sensoren in staat om de eerste signalen van de ziekte op te vangen, nog voordat ze door andere diagnostische methoden kunnen worden "gevangen". En detectie van de ziekte in een vroeg stadium is een van de belangrijkste factoren voor een succesvolle behandeling.
Magnetische signalen
Een van de belangrijkste toepassingsgebieden van kwantumsensoren in de geneeskunde - magneto-encefalografie. Met deze procedure kunt u de toestand van de hersenen bestuderen door de magnetische velden te meten die ontstaan tijdens de elektrische activiteit.
Meest moderne diagnostische methodenHersenziekten worden niet geregistreerd door magnetische, maar door elektrische componenten - elektro-encefalografie werkt bijvoorbeeld volgens dit principe. Maar deze procedure levert geen volledige informatie op: de sensoren moeten het signaal opvangen via de schedel en het weefsel, en het menselijk lichaam is een slechte geleider van elektrische velden.
Met magnetische velden is alles anders:een magnetisch signaal van een deel van de hersenen gaat onveranderd door de weefsels, zodat we er meer data uit kunnen halen. De moeilijkheid is dat de magnetische velden van onze hersenen moeilijk te vangen zijn, omdat hun kracht extreem klein is: 10 miljard keer minder dan die van de aarde. Daarvoor zijn zeer gevoelige apparaten nodig, zoals kwantumsensoren. Door deze kleine magnetische velden op te vangen, maken de sensoren het mogelijk om verschillende hersentumoren, het syndroom van Alzheimer of epilepsie te diagnosticeren.
Dus het begin van het epileptische proces begint metklein gebied in de hersenschors. Met behulp van EEG en MRI is het erg moeilijk om de focus te vinden, maar kwantumsensoren zijn heel goed in staat om zo'n taak uit te voeren. Dit is vooral belangrijk wanneer de patiënt op het punt staat een operatie te ondergaan, en het is noodzakelijk om het te verwijderen gebied zo nauwkeurig mogelijk te vinden.
Kwantumsensoren voor ultragevoeliger bestaan al magneto-encefalografen, en in 2021 ontwikkelde het QLU-team met wetenschappers van Skoltech en de National Research University Higher School of Economics hun nieuwe type: 's werelds eerste ultragevoelige solid-state magnetometer die bij kamertemperatuur kan werken. Een jaar later trok QLU 33 miljoen roebel aan investeringen om het systeem op te schalen en het eerste laboratoriumprototype te creëren.
Adres bezorging
Een ander gebied van de geneeskunde waar ze dat kunnengebruiken kwantumsensoren voor de diagnose en therapie van oncologische ziekten. QLU werkt momenteel samen met het materialenlaboratorium van Gleb Sukhorukov aan een van deze methoden. Het laboratorium maakt microcapsules - een soort containers die met een medicijn kunnen worden gevuld en in de bloedbaan kunnen worden gebracht. Dankzij een speciale biologische coating kunnen ze worden gelokaliseerd in ontstekings- en oncologische gebieden. In deze containers willen we magnetische nanodeeltjes plaatsen. Met behulp van kwantumsensoren zal het mogelijk zijn om te zien waar deze deeltjes zich bevinden, en zo de tumor in een vroeg stadium te identificeren, en dit zal de kans op een succesvolle uitkomst enorm vergroten. van de ziekte. Sensoren hebben hun doeltreffendheid al bewezen bij het volgen van magnetische deeltjes: onlangs in QLU werd met succes getest op laboratoriummuizen die werden geïnjecteerd met nanodeeltjes en de verspreiding ervan door het lichaam konden zien.
Deze methode kan niet alleen nuttig zijn voordiagnostiek, maar ook in therapie. Complicaties in de oncologie komen dus vaak voort uit de gevolgen van chemotherapie, waarbij zeer giftige stoffen worden gebruikt. Als nanodeeltjes worden geassocieerd met een capsule die een medicijn bevat, kan dit op afstand in de tumor worden geïnjecteerd. Wanneer de capsule zich aan de kankercellen hecht, zullen we dit zien, de container openen met behulp van gerichte echografie of een magnetisch veld, en daardoor het medicijn vrijgeven. Op deze manier zal het gericht zijn op kankercellen en daar nauwkeurig op inwerken, zonder het hele lichaam te vergiftigen.
Van revalidatie tot het internet der dingen
Het potentieel van kwantumdetectie omvatenorme mogelijkheden voor de toepassing ervan. Kwantumsensoren kunnen dus helpen bij de revalidatie van patiënten die een beroerte hebben gehad. Om de functies te compenseren waarvoor de dode gebieden van de hersenschors verantwoordelijk waren, bijvoorbeeld het vermogen om de ledematen te controleren, moeten nieuwe gebieden worden geactiveerd. En hier spelen zeer gevoelige sensoren een grote rol. Een persoon stelt zich bijvoorbeeld voor dat hij zijn arm beweegt, en op dit moment activeren we de ledemaat met een speciaal apparaat. De hersenen beginnen nieuwe neurale verbindingen op te bouwen. Voor conventionele elektro-encefalografie is dit een zeer lange en moeilijke taak, maar met kwantumsensoren wordt het haalbaar. En in de toekomst zou het verband tussen hersensignalen en ledemaatbewegingen kunnen worden gebruikt om protheses te controleren.
Een ander veelbelovend kwantumgebiedsensoriek - monitoring van biologische processen in de cel. Om dit te doen, moet u een sensor in de cel zelf introduceren. Maar om zijn werk niet te schaden, moet de sensor microscopisch klein zijn, en sommige soorten kwantumsensoren hebben zulke afmetingen.
Buiten de geneeskunde kunnen kwantumsensoren hun eigen sensoren vindentoepassing in het industriële internet der dingen, in de nieuwe generatie navigatietechnologieën, de studie van bijvoorbeeld processen in de aardkorst, aardbevingsmonitoring en op veel andere gebieden.
Lees verder:
Op een boerderij is per ongeluk een schat met 1.000 munten gevonden: wat konden ze kopen
Een vitamine genoemd die de hersenen beschermt tegen dementie
Het bleek welke mannen het meest vruchtbaar zijn: hun sperma is 50% beter dan de rest