Sensores quânticos são instrumentos de medição de alta precisão cuja operação é baseada nos efeitos da radiação quântica.
Em 2022, o volume do mercado global de quantumsensores ultrapassou US$ 278 bilhões e, segundo analistas, nos próximos 10 anos deve crescer mais três vezes. Tais dispositivos são usados em automotivo, saúde, indústria, geologia, transporte, engenharia de computação e muitas outras áreas. Por exemplo, um gravímetro quântico, desenvolvido pela Universidade de Birmingham, poderia ajudar os geólogos a encontrar petróleo e outros depósitos minerais. O princípio de seu funcionamento é baseado em átomos "frios": sua temperatura cai para valores próximos ao zero absoluto, o que lhes dá a capacidade de registrar até mudanças sutis na gravidade. Isso permite detectar vazios perigosos no subsolo, que podem levar a uma emergência na mina. No futuro, o gravímetro poderá ser utilizado na construção e no monitoramento do transporte de cargas.
Mas a contribuição verdadeiramente inestimável da tecnologia quânticasensorial pode trazer para a medicina. Devido à sua sensibilidade, os sensores são capazes de captar os primeiros sinais da doença antes mesmo de serem "capturados" por outros métodos de diagnóstico. E a detecção da doença em estágio inicial é um dos principais fatores para o sucesso do tratamento.
sinais magnéticos
Uma das principais áreas de aplicação da tecnologia quânticasensores em medicina — magnetoencefalografia. Este procedimento permite estudar o estado do cérebro medindo os campos magnéticos que surgem durante sua atividade elétrica.
Métodos de diagnóstico mais modernosAs doenças cerebrais são registradas não por componentes magnéticos, mas por componentes elétricos - por exemplo, a eletroencefalografia funciona com base nesse princípio. Mas esse procedimento não fornece informações completas: os sensores precisam captar o sinal através do crânio e dos tecidos, e o corpo humano é um mau condutor de campos elétricos.
Com campos magnéticos, tudo é diferente:um sinal magnético de uma parte do cérebro passa pelos tecidos em um estado inalterado, para que possamos obter mais dados dele. A dificuldade é que os campos magnéticos do nosso cérebro são difíceis de captar, pois sua potência é extremamente pequena: 10 bilhões de vezes menor que a da Terra. Isso requer dispositivos muito sensíveis, como sensores quânticos. Ao captar estes pequenos campos magnéticos, os sensores permitem diagnosticar vários tumores cerebrais, a síndrome de Alzheimer ou a epilepsia.
Assim, o início do processo epiléptico começa compequena área no córtex cerebral. Com a ajuda de EEG e ressonância magnética, é muito difícil encontrar o foco, mas os sensores quânticos são perfeitamente capazes de tal tarefa. Isso é especialmente importante quando o paciente está prestes a se submeter a uma cirurgia, e é necessário encontrar a área a ser removida com a maior precisão possível.
Sensores quânticos para ultrassensíveisjá existem magnetoencefalogramas, e em 2021, a equipe QLU com cientistas da Skoltech e da Escola Superior de Economia da National Research University desenvolveu seu novo tipo - o primeiro magnetômetro ultrassensível de estado sólido do mundo que pode operar em temperatura ambiente. Um ano depois, a QLU atraiu 33 milhões de rublos em investimentos para dimensionar o sistema e criar o primeiro protótipo de laboratório.
Endereço de entrega
Outra área da medicina onde podemutilizar sensores quânticos para diagnóstico e terapia de doenças oncológicas. A QLU está atualmente trabalhando em um desses métodos junto com o laboratório de materiais de Gleb Sukhorukov. O laboratório cria microcápsulas – uma espécie de recipiente que pode ser enchido com um medicamento e introduzido na corrente sanguínea. Devido a um revestimento biológico especial, podem ser localizados em áreas de inflamação e oncologia. Queremos colocar nanopartículas magnéticas nesses recipientes - então, com a ajuda de sensores quânticos, será possível ver onde essas partículas estão localizadas e, assim, identificar o tumor em um estágio inicial, e isso aumentará muito as chances de um resultado bem-sucedido. da doença. Os sensores já provaram a sua eficácia no rastreamento de partículas magnéticas: recentemente em QLU foi testado com sucesso em ratos de laboratório que foram injetados com nanopartículas e foram capazes de ver sua distribuição por todo o corpo.
Este método pode ser útil não apenas paradiagnóstico, mas também em terapia. Assim, muitas vezes as complicações em oncologia surgem das consequências da quimioterapia, que utiliza substâncias muito tóxicas. Se as nanopartículas estiverem associadas a uma cápsula contendo um medicamento, ele poderá ser injetado remotamente no tumor. Quando a cápsula se liga às células cancerígenas, veremos isso, abriremos o recipiente usando ultrassom focalizado ou campo magnético e, assim, liberaremos o medicamento. Dessa forma, ele será direcionado às células cancerígenas e atuará sobre elas com precisão, sem envenenar todo o corpo.
Da reabilitação à Internet das coisas
O potencial da detecção quântica incluienormes possibilidades para sua aplicação. Assim, sensores quânticos podem auxiliar na reabilitação de pacientes que sofreram acidente vascular cerebral. Para compensar as funções pelas quais eram responsáveis as áreas mortas do córtex cerebral, por exemplo, a capacidade de controlar os membros, novas áreas precisam ser ativadas. E aqui os sensores altamente sensíveis desempenham um grande papel. Por exemplo, uma pessoa imagina que está movendo o braço e, nesse momento, ativamos o membro por meio de um dispositivo especial. O cérebro começa a construir novas conexões neurais. Para a eletroencefalografia convencional esta é uma tarefa muito longa e difícil, mas com sensores quânticos torna-se viável. E no futuro, a conexão entre os sinais cerebrais e o movimento dos membros poderá ser usada para controlar próteses.
Outra área promissora da quânticasensorial - monitoramento de processos biológicos dentro da célula. Para fazer isso, você precisa introduzir um sensor na própria célula. Mas, para não prejudicar seu trabalho, o sensor deve ter tamanho microscópico, e alguns tipos de sensores quânticos têm essas dimensões.
Fora da medicina, os sensores quânticos podem encontrar seus própriosaplicação na Internet das coisas industrial, na nova geração de tecnologias de navegação, no estudo de processos na crosta terrestre, por exemplo, monitoramento de terremotos, e em muitas outras áreas.
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