ควอนตัมที่ละเอียดอ่อน: วิธีการใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมในทางการแพทย์

เซ็นเซอร์ควอนตัมเป็นเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งการทำงานขึ้นอยู่กับผลกระทบของควอนตัม

กลศาสตร์. มีคุณลักษณะพิเศษคือความไวที่สูงมาก เนื่องจากสามารถทำการวัดที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในเซ็นเซอร์แบบคลาสสิก

ในปี 2565 ปริมาณตลาดควอนตัมทั่วโลกเซ็นเซอร์มีมูลค่าเกิน 2.78 แสนล้านดอลลาร์ และจากข้อมูลของนักวิเคราะห์ ในอีก 10 ปีข้างหน้าควรจะเติบโตอีก 3 เท่า อุปกรณ์ดังกล่าวใช้ในยานยนต์ การดูแลสุขภาพ อุตสาหกรรม ธรณีวิทยา การขนส่ง วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ และด้านอื่นๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่น ควอนตัมกราวิมิเตอร์ที่พัฒนาโดยมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สามารถช่วยนักธรณีวิทยาค้นหาน้ำมันและแหล่งแร่อื่นๆ ได้ หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับอะตอมที่ "เย็น": อุณหภูมิจะลดลงถึงค่าที่ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ซึ่งทำให้สามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงแรงโน้มถ่วงได้แม้เพียงเล็กน้อย วิธีนี้ช่วยให้คุณตรวจพบช่องว่างที่เป็นอันตรายใต้ดิน ซึ่งอาจนำไปสู่เหตุฉุกเฉินในเหมืองได้ ในอนาคต เครื่องวัดแรงโน้มถ่วงสามารถใช้ในการก่อสร้างและตรวจสอบการขนส่งสินค้าได้

แต่ผลงานควอนตัมอันล้ำค่าอย่างแท้จริงประสาทสัมผัสสามารถนำมาทำยาได้ เนื่องจากความไวของเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จึงสามารถจับสัญญาณแรกของโรคได้ก่อนที่จะ "จับ" ด้วยวิธีการวินิจฉัยอื่นๆ และการตรวจพบโรคตั้งแต่ระยะเริ่มต้นเป็นปัจจัยหลักประการหนึ่งที่ทำให้การรักษาประสบความสำเร็จ

สัญญาณแม่เหล็ก

หนึ่งในพื้นที่หลักของการประยุกต์ใช้ควอนตัมเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ — แมกนีโตเอนเซฟารากราฟี ขั้นตอนนี้ช่วยให้คุณศึกษาสถานะของสมองโดยการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นระหว่างกิจกรรมทางไฟฟ้า

วิธีการวินิจฉัยที่ทันสมัยที่สุดโรคทางสมองไม่ได้บันทึกด้วยแม่เหล็ก แต่บันทึกโดยอุปกรณ์ไฟฟ้า - ตัวอย่างเช่น การถ่ายภาพคลื่นไฟฟ้าสมองทำงานบนหลักการนี้ แต่ขั้นตอนนี้ไม่ได้ให้ข้อมูลที่ครบถ้วน เซ็นเซอร์จะต้องจับสัญญาณผ่านกะโหลกศีรษะและเนื้อเยื่อ และร่างกายมนุษย์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี

ด้วยสนามแม่เหล็ก ทุกสิ่งจะแตกต่างออกไป:สัญญาณแม่เหล็กจากส่วนหนึ่งของสมองจะส่งผ่านเนื้อเยื่อในสถานะที่ไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อให้เราสามารถรับข้อมูลเพิ่มเติมจากมันได้ ความยากอยู่ที่สนามแม่เหล็กในสมองของเราจับได้ยาก เพราะพลังของมันน้อยมาก น้อยกว่าของโลกถึง 10,000 ล้านเท่า สิ่งนี้ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนมาก เช่น เซ็นเซอร์ควอนตัม ด้วยการจับสนามแม่เหล็กขนาดเล็กเหล่านี้ เซ็นเซอร์ทำให้สามารถวินิจฉัยเนื้องอกในสมอง กลุ่มอาการอัลไซเมอร์ หรือโรคลมชักได้

ดังนั้น การเริ่มต้นของกระบวนการโรคลมชักจึงเริ่มต้นด้วยพื้นที่เล็ก ๆ ในเปลือกสมอง ด้วยความช่วยเหลือของ EEG และ MRI การค้นหาโฟกัสจึงเป็นเรื่องยากมาก แต่เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถทำงานดังกล่าวได้ค่อนข้างดี นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อผู้ป่วยกำลังจะเข้ารับการผ่าตัด และจำเป็นต้องค้นหาบริเวณที่จะลบออกให้ถูกต้องที่สุด

เซ็นเซอร์ควอนตัมสำหรับความไวสูงพิเศษเครื่องแม็กนีโตเอนเซฟาโลกราฟมีอยู่แล้ว  และในปี 2021 ทีมงาน QLU พร้อมด้วยนักวิทยาศาสตร์จาก Skoltech และ National Research University Higher School of Economics ได้พัฒนาชนิดใหม่ของพวกเขา ซึ่งเป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่มีความไวสูงในสถานะของแข็งเครื่องแรกของโลกที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิห้องได้ หนึ่งปีต่อมา QLU ดึงดูดการลงทุน 33 ล้านรูเบิลเพื่อปรับขนาดระบบและสร้างต้นแบบห้องปฏิบัติการแรก

ที่อยู่จัดส่ง

อีกด้านของการแพทย์ที่สามารถทำได้ใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อวินิจฉัยและรักษาโรคมะเร็ง ขณะนี้ QLU กำลังทำงานด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเหล่านี้ร่วมกับห้องปฏิบัติการวัสดุของ Gleb Sukhorukov ห้องปฏิบัติการจะสร้างไมโครแคปซูล ซึ่งเป็นภาชนะชนิดหนึ่งที่สามารถบรรจุยาและนำเข้าสู่กระแสเลือดได้ เนื่องจากการเคลือบทางชีวภาพแบบพิเศษ จึงสามารถรักษาเฉพาะจุดในบริเวณที่มีการอักเสบและมะเร็งวิทยาได้ เราต้องการวางอนุภาคนาโนแม่เหล็กในภาชนะเหล่านี้ - จากนั้นด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์ควอนตัม จะเป็นไปได้ที่จะดูว่าอนุภาคเหล่านี้อยู่ในตำแหน่งใด และด้วยเหตุนี้จึงสามารถระบุเนื้องอกได้ตั้งแต่ระยะแรก และสิ่งนี้จะช่วยเพิ่มโอกาสของผลลัพธ์ที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก ของโรค เซ็นเซอร์ได้พิสูจน์ประสิทธิภาพในการติดตามอนุภาคแม่เหล็กแล้ว: เมื่อเร็วๆ นี้ใน  QLU ประสบความสำเร็จในการทดสอบกับหนูทดลองที่ถูกฉีดด้วยอนุภาคนาโน และสามารถมองเห็นการกระจายตัวของพวกมันไปทั่วร่างกาย

วิธีนี้จะมีประโยชน์ไม่เพียงแต่สำหรับการวินิจฉัย แต่ยังอยู่ในการบำบัดด้วย ดังนั้นภาวะแทรกซ้อนในด้านเนื้องอกวิทยามักเกิดขึ้นจากผลของเคมีบำบัดซึ่งใช้สารพิษมาก หากอนุภาคนาโนเกี่ยวข้องกับแคปซูลที่บรรจุยา ก็สามารถฉีดเข้าไปในเนื้องอกได้จากระยะไกล เมื่อแคปซูลยึดติดกับเซลล์มะเร็ง เราจะเห็นสิ่งนี้ เปิดภาชนะโดยใช้อัลตราซาวนด์โฟกัสหรือสนามแม่เหล็ก แล้วจึงปล่อยยา ด้วยวิธีนี้ มันจะมุ่งเป้าไปที่เซลล์มะเร็งและออกฤทธิ์กับเซลล์เหล่านั้นอย่างแม่นยำ โดยไม่เป็นพิษต่อร่างกาย  

ตั้งแต่การฟื้นฟูไปจนถึงอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ

ศักยภาพของการตรวจจับควอนตัมประกอบด้วยความเป็นไปได้มหาศาลสำหรับการประยุกต์ใช้ ดังนั้นเซ็นเซอร์ควอนตัมจึงสามารถช่วยในการฟื้นฟูผู้ป่วยที่เป็นโรคหลอดเลือดสมองได้ เพื่อชดเชยการทำงานที่รับผิดชอบพื้นที่ที่ตายแล้วของเปลือกสมอง เช่น ความสามารถในการควบคุมแขนขา จำเป็นต้องเปิดใช้งานพื้นที่ใหม่ และที่นี่เซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงมีบทบาทสำคัญ ตัวอย่างเช่นมีคนจินตนาการว่าเขากำลังขยับแขนและในเวลานี้เราเปิดใช้งานแขนขาโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ สมองเริ่มสร้างการเชื่อมต่อประสาทใหม่ สำหรับการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมองแบบเดิมๆ ถือเป็นงานที่ยาวและยากลำบากมาก แต่ด้วยเซ็นเซอร์ควอนตัมกลับเป็นไปได้ และในอนาคต การเชื่อมโยงระหว่างสัญญาณสมองและการเคลื่อนไหวของแขนขาสามารถนำมาใช้ในการควบคุมขาเทียมได้

อีกพื้นที่ที่มีแนวโน้มของควอนตัมเซ็นเซอร์ - การตรวจสอบกระบวนการทางชีววิทยาภายในเซลล์ ในการทำเช่นนี้คุณต้องแนะนำเซ็นเซอร์เข้าไปในเซลล์ แต่เพื่อไม่ให้เกิดอันตรายต่อการทำงานของเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะต้องมีขนาดไมโครสโคป และเซ็นเซอร์ควอนตัมบางประเภทจะมีขนาดดังกล่าว

นอกการแพทย์ควอนตัมเซ็นเซอร์สามารถค้นพบได้เองการประยุกต์ใช้ใน Internet of Things เชิงอุตสาหกรรม ในเทคโนโลยีการนำทางยุคใหม่ การศึกษากระบวนการในเปลือกโลก เช่น การตรวจสอบแผ่นดินไหว และในด้านอื่นๆ อีกมากมาย

อ่านเพิ่มเติม:

สมบัติมูลค่า 1,000 เหรียญถูกพบโดยบังเอิญในฟาร์ม พวกเขาซื้ออะไรได้บ้าง

ชื่อวิตามินที่ป้องกันสมองจากโรคสมองเสื่อม

ปรากฎว่าผู้ชายคนไหนมีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุด: สเปิร์มของพวกเขาดีกว่าที่เหลือ 50%