Senzorii cuantici sunt instrumente de măsurare de înaltă precizie a căror funcționare se bazează pe efectele cuantice
În 2022, volumul pieței globale pentru quantumsenzorii au depășit 278 de miliarde de dolari și, potrivit analiștilor, în următorii 10 ani ar trebui să crească încă de trei ori. Astfel de dispozitive sunt utilizate în industria auto, sănătate, industrie, geologie, transporturi, inginerie informatică și multe alte domenii. De exemplu, un gravimetru cuantic, dezvoltat de Universitatea din Birmingham, ar putea ajuta geologii să găsească petrol și alte zăcăminte minerale. Principiul funcționării sale se bazează pe atomi „reci”: temperatura lor scade la valori apropiate de zero absolut, ceea ce le oferă capacitatea de a înregistra chiar și modificări subtile ale gravitației. Acest lucru vă permite să detectați goluri periculoase subterane, ceea ce poate duce la o urgență în mină. În viitor, gravimetrul poate fi utilizat în construcții și pentru monitorizarea transportului de mărfuri.
Dar contribuția cu adevărat neprețuită a cuantieisenzorial poate aduce la medicină. Datorită sensibilității lor, senzorii sunt capabili să capteze primele semnale ale bolii chiar înainte ca acestea să poată fi „prinse” de alte metode de diagnosticare. Iar detectarea bolii într-un stadiu incipient este unul dintre principalii factori pentru un tratament de succes.
Semnale magnetice
Unul dintre principalele domenii de aplicare a cuanticeisenzori în medicină — magnetoencefalografie. Această procedură vă permite să studiați starea creierului prin măsurarea câmpurilor magnetice care apar în timpul activității sale electrice.
Cele mai moderne metode de diagnosticBolile creierului sunt înregistrate nu prin componente magnetice, ci prin componente electrice - de exemplu, electroencefalografia funcționează pe acest principiu. Dar această procedură nu oferă informații complete: senzorii trebuie să capteze semnalul prin craniu și țesut, iar corpul uman este un slab conductor al câmpurilor electrice.
Cu câmpurile magnetice, totul este diferit:un semnal magnetic de la o parte a creierului trece prin țesuturi într-o stare neschimbată, astfel încât să putem obține mai multe date din acesta. Dificultatea este că câmpurile magnetice ale creierului nostru sunt greu de captat, deoarece puterea lor este extrem de mică: de 10 miliarde de ori mai mică decât cea a Pământului. Acest lucru necesită dispozitive foarte sensibile, cum ar fi senzorii cuantici. Prin captarea acestor câmpuri magnetice mici, senzorii fac posibilă diagnosticarea diferitelor tumori cerebrale, sindromul Alzheimer sau epilepsia.
Deci, începerea procesului epileptic începe cuzonă mică din cortexul cerebral. Cu ajutorul EEG și RMN, este foarte dificil să găsești focalizarea, dar senzorii cuantici sunt destul de capabili de o astfel de sarcină. Acest lucru este deosebit de important atunci când pacientul este pe cale de a fi supus unei intervenții chirurgicale și este necesar să găsiți zona de îndepărtat cât mai precis posibil.
Senzori cuantici pentru ultra-sensibilimagnetoencefalografele există deja, iar în 2021, echipa QLU cu oameni de știință de la Skoltech și de la Școala Superioară de Economie a Universității Naționale de Cercetare a dezvoltat noul lor tip - primul magnetometru ultrasensibil cu stare solidă din lume care poate funcționa la temperatura camerei. Un an mai târziu, QLU a atras investiții de 33 de milioane de ruble pentru a scala sistemul și a crea primul prototip de laborator.
Livrarea adresei
Un alt domeniu al medicinei unde potutilizați senzori cuantici pentru diagnosticarea și terapia bolilor oncologice. QLU lucrează în prezent la una dintre aceste metode împreună cu laboratorul de materiale al lui Gleb Sukhorukov. Laboratorul creează microcapsule - un fel de recipiente care pot fi umplute cu un medicament și introduse în sânge. Datorită unui înveliș biologic special, acestea pot fi localizate în zone de inflamație și oncologie. Dorim să plasăm nanoparticule magnetice în aceste containere - apoi, cu ajutorul senzorilor cuantici, va fi posibil să vedem unde sunt localizate aceste particule și, prin urmare, să identificăm tumora într-un stadiu incipient, iar acest lucru va crește foarte mult șansele unui rezultat de succes. a bolii. Senzorii și-au dovedit deja eficiența pentru urmărirea particulelor magnetice: recent în QLU a fost testat cu succes pe șoareci de laborator cărora li s-au injectat nanoparticule și au putut să vadă distribuția lor în tot corpul.
Această metodă poate fi utilă nu numai pentrudiagnostic, dar și în terapie. Astfel, complicațiile în oncologie apar adesea din consecințele chimioterapiei, care utilizează substanțe foarte toxice. Dacă nanoparticulele sunt asociate cu o capsulă care conține un medicament, acesta poate fi injectat de la distanță în tumoră. Când capsula se atașează de celulele canceroase, vom vedea acest lucru, vom deschide recipientul folosind ultrasunete focalizate sau un câmp magnetic și, prin urmare, vom elibera medicamentul. În acest fel, va fi țintit către celulele canceroase și va acționa asupra acestora cu precizie, fără a otrăvi întregul organism.
De la reabilitare la internetul lucrurilor
Potențialul detecției cuantice includeposibilități enorme de aplicare a acestuia. Astfel, senzorii cuantici pot ajuta la reabilitarea pacienților care au suferit un AVC. Pentru a compensa funcțiile pentru care au fost responsabile zonele moarte ale cortexului cerebral, de exemplu, capacitatea de a controla membrele, trebuie activate noi zone. Și aici senzorii foarte sensibili joacă un rol important. De exemplu, o persoană își imaginează că își mișcă brațul, iar în acest moment activăm membrul folosind un dispozitiv special. Creierul începe să construiască noi conexiuni neuronale. Pentru electroencefalografia convențională aceasta este o sarcină foarte lungă și dificilă, dar cu senzorii cuantici devine fezabilă. Și în viitor, legătura dintre semnalele creierului și mișcarea membrelor ar putea fi folosită pentru a controla protezele.
O altă zonă promițătoare a cuanticeisenzoriale - monitorizarea proceselor biologice din interiorul celulei. Pentru a face acest lucru, trebuie să introduceți un senzor în celula însăși. Dar pentru a nu dăuna activității sale, senzorul trebuie să aibă dimensiuni microscopice, iar unele tipuri de senzori cuantici au astfel de dimensiuni.
În afara medicinei, senzorii cuantici își pot găsi propriiaplicarea în Internetul industrial al lucrurilor, în noua generație de tehnologii de navigație, studiul proceselor din scoarța terestră, de exemplu, monitorizarea cutremurelor și în multe alte domenii.
Citeste mai mult:
O comoară cu 1.000 de monede a fost găsită accidental la o fermă: ce puteau cumpăra
Denumită o vitamină care protejează creierul de demență
S-a dovedit care bărbați sunt cei mai fertili: sperma lor este cu 50% mai bună decât restul