Kvantesensorer er måleinstrumenter med høy presisjon basert på effekten av kvante
I 2022, volumet av det globale markedet for kvantesensorer oversteg 278 milliarder dollar, og ifølge analytikere skulle de vokse ytterligere tre ganger i løpet av de neste 10 årene. Slike enheter brukes innen bilindustri, helsevesen, industri, geologi, transport, datateknikk og mange andre områder. For eksempel kan et kvantegravimeter, utviklet av University of Birmingham, hjelpe geologer med å finne olje og andre mineralforekomster. Prinsippet for driften er basert på "kalde" atomer: deres temperatur faller til verdier nær absolutt null, noe som gir dem muligheten til å registrere selv subtile endringer i tyngdekraften. Dette lar deg oppdage farlige tomrom under jorden, noe som kan føre til en nødsituasjon i gruven. I fremtiden kan gravimeteret brukes i konstruksjon og til overvåking av lasttransport.
Men det virkelig uvurderlige bidraget fra kvantesensoriske kan bringe til medisin. På grunn av sin følsomhet er sensorene i stand til å fange opp de første signalene fra sykdommen selv før de kan "fanges" av andre diagnostiske metoder. Og påvisning av sykdommen på et tidlig stadium er en av hovedfaktorene for vellykket behandling.
Magnetiske signaler
Et av hovedområdene for anvendelse av kvantesensorer i medisin - magnetoencefalografi. Denne prosedyren lar deg studere hjernens tilstand ved å måle de magnetiske feltene som oppstår under dens elektriske aktivitet.
De fleste moderne metoder for å diagnostisere hjernesykdommer løser ikke magnetiske, men elektriske komponenter - for eksempel fungerer dette prinsippetMen denne prosedyren gir ikke fullstendig informasjon: sensorer må hente signalet gjennom skallen og vevet, og menneskekroppen er en dårlig leder av elektriske felt.
Med magnetfelt er alt annerledes:et magnetisk signal fra en del av hjernen går gjennom vevene i uendret tilstand, slik at vi kan få mer data fra det. Vanskeligheten er at de magnetiske feltene i hjernen vår er vanskelige å fange, fordi deres kraft er ekstremt liten: 10 milliarder ganger mindre enn jordens. Dette krever svært sensitive enheter, som kvantesensorer. Ved å fange opp disse små magnetfeltene gjør sensorene det mulig å diagnostisere ulike hjernesvulster, Alzheimers syndrom eller epilepsi.
Så, starten på den epileptiske prosessen begynner medet lite område i hjernebarken. Ved hjelp av EEG og MR er det veldig vanskelig å finne fokus, men kvantesensorer er ganske i stand til en slik oppgave. Dette er spesielt viktig når pasienten skal opereres, og det er nødvendig å finne området som skal fjernes så nøyaktig som mulig.
Kvantesensorer for den ultrafølsomme magnetoencefalografen eksisterer allerede, og i 2021 utviklet QLU-teamet sammen med forskere fra Skoltech og Higher School of Economics en ny type sensor - verdens første solid-state ultrafølsomme magnetometer som kanEt år senere samlet QLU inn 33 millioner rubler med investeringer for å skalere opp systemet og lage den første laboratorieprototypen.
Adresselevering
Et annet område av medisin hvor kvantesensorer kan brukes er diagnostisering og behandling av kreft.QLU jobber for tiden med en av disse metodene sammen med Gleb Sukhorukovs materiallaboratorium.Laboratoriet lager mikrokapsler, en slags beholdere som kan fylles med et stoff og injiseres i blodet.På grunn av et spesielt biologisk belegg kan de lokaliseres i områder med betennelse og onkologi.Vi ønsker å putte magnetiske nanopartikler i disse beholderne, slik at kvantesensorer kan brukes til åå se hvor disse partiklene er lokalisert, og dermed å oppdage svulsten på et tidlig stadium, og dette vil øke svulsten betydeligSensorene har allerede vist seg å være effektive i sporing av magnetiske partikler: QLU testet nylig vellykket på laboratoriemus injisert med nanopartikler og var i stand til å se deres fordeling gjennom hele kroppen.
Denne metoden kan være nyttig ikke bare for diagnose, men også for terapi.Dermed oppstår komplikasjoner i onkologi ofte fra konsekvensene av kjemoterapi, der svært giftige stoffer brukes.Hvis nanopartiklene er bundet til en kapsel som inneholder stoffet, kan det væreNår kapselen festes til kreftcellene, ser vi den, åpner beholderenVed hjelp av fokusert ultralyd eller eksponering for et magnetfelt, vil vi frigjøre medisinen.På denne måten vil det bli levert til kreftceller og påvirke dem punktvis, uten å forgifte hele kroppen.
Fra rehabilitering til tingenes internett
Potensialet for kvantemåling har enorme muligheter for anvendelsen.For eksempel kan kvantesensorer hjelpe til med rehabilitering av slagpasienter.For å kompensere for funksjonene som de døde områdene i hjernebarken var ansvarlige for, for eksempel evnen til å kontrollere lemmer, er det nødvendig å aktivere nye områder.Og her spiller høyfølsomme sensorer en viktig rolle.Samtidig aktiverer vi lemmen ved hjelp av en spesiell enhet.For konvensjonell elektroencefalografi er dette en veldig lang og vanskelig oppgave, men med kvantesensorer blir det gjennomførbart.Og i fremtiden kan sammenhengen mellom hjernesignaler og lemmerbevegelsebrukes i kontroll av proteser.
Et annet lovende kvanteområdesensorikk - overvåking av biologiske prosesser inne i cellen. For å gjøre dette må du introdusere en sensor i selve cellen. Men for ikke å skade arbeidet må sensoren være av mikroskopisk størrelse, og noen typer kvantesensorer har slike dimensjoner.
Utenfor medisinen kan kvantesensorer finne sine egneapplikasjon i det industrielle tingenes internett, i den nye generasjonen av navigasjonsteknologi, studiet av prosesser i jordskorpen, for eksempel jordskjelvovervåking, og på mange andre områder.
Les mer:
En skatt med 1000 mynter ble ved et uhell funnet på en gård: hva kunne de kjøpe
Kåret til et vitamin som beskytter hjernen mot demens
Det viste seg hvilke menn som er mest fruktbare: sædcellene deres er 50 % bedre enn resten