Elektrokardiografia (EKG) rejestruje aktywność elektryczną serca za pomocą elektrod przymocowanych do skóry. Odczyty EKG zależą od różnic w przewodności elektrycznej tkanek ciała. Magnetokardiografia (MCG) wykrywa pola magnetyczne generowane przez aktywność serca: nie wymaga kontaktu ze skórą, a przewodność tkanek ma niewielki wpływ na dokładność pomiaru. Rejestracja takich sygnałów wymaga jednak niezwykle czułych urządzeń. W przeszłości MCG wymagała drogich i złożonych technologii, takich jak nadprzewodzące urządzenia interferencyjne i magnetometry pompowane optycznie. Do tej pory metody te przewyższały czujniki diamentowe pod względem czułości i zdolności odróżniania sygnałów od szumu tła.
Naukowcy z Uniwersytetu Gutenberga w Moguncji podjęli się zbadania praktycznego zastosowania diamentów w medycznych pomiarach magnetycznych. Opracowali czujnik z diamentem w kształcie ściętej piramidy i objętości mniejszej niż 0,5 mm³. Ten niewielki rozmiar ułatwia obsługę i pozwala na dokładniejsze mapowanie sygnałów magnetycznych w temperaturze pokojowej. Co więcej, urządzenie działa bez zewnętrznego pola magnetycznego – zewnętrznego pola magnetycznego stosowanego w innych systemach do filtrowania zakłóceń magnetycznych otoczenia.
Wyniki pomiarów wykazały potencjał zastosowań medycznych, a także pozwoliły ustalić, jakie udoskonalenia są potrzebne do praktycznego wdrożenia tych systemów, pisze Scitech Daily.
„Magnetometry oparte na NV charakteryzują się szybką inicjalizacją, doskonałą biokompatybilnością i stabilną pracą w szerokim zakresie temperatur. To czyni je szczególnie atrakcyjnymi dla zastosowań biomedycznych” – powiedział Arne Wickenbrock, koordynator projektu.
Skrót NV oznacza „nitrogen-vacancy” (wakat azotu), specyficzny defekt w strukturze kryształu diamentu. W centrum NV atom azotu zajmuje miejsce atomu węgla, pozostawiając obok niego puste miejsce. Naukowcy mogą badać poziomy energii tych centrów, aby wykonywać precyzyjne pomiary pól magnetycznych i elektrycznych, temperatury oraz naprężeń mechanicznych.
Dwa przestrzennie oddzielone czujniki mogą utworzyć gradiometr, rejestrując różnicę wartości pola magnetycznego w ich lokalizacjach. To podejście jest stosowane w chirurgii onkologicznej i umożliwia monitorowanie aktywności nerwów podczas operacji bez ekranowania magnetycznego. Czułość na zmiany pola przestrzennego może również pomóc w odróżnieniu sygnału serca płodu od sygnału serca matki bez konieczności przeprowadzania procedur inwazyjnych.
Jednym ze sposobów poprawy wydajności urządzenia jest skoncentrowanie silniejszego pola magnetycznego w maleńkim diamencie: struktury zwane koncentratorami strumienia magnetycznego koncentrują strumień magnetyczny w obszarze czujnika, wzmacniając sygnał. Niewielka objętość czujników pozwala na ponad 100-krotne wzmocnienie sygnału, a połączenie detektorów z takimi strukturami może ostatecznie zapewnić jakość obrazu porównywalną z EKG.
„Dostosowanie struktur magnetycznych w celu optymalnej koncentracji linii pola magnetycznego ze źródła znajdującego się wewnątrz diamentu to droga do praktycznego zastosowania tych technologii kwantowych” – powiedział Muhiba Omar, twórca detektora.
Współczesna nauka potrafi wykrywać fale grawitacyjne, czyli zaburzenia w strukturze czasoprzestrzeni, w wysokich i ultraniskich częstotliwościach, ale zakres częstotliwości średnich pozostaje „ślepą plamką”. Nowa koncepcja detektora, zaproponowana rok temu, wykorzystuje zaawansowane technologie rezonatorów optycznych i zegarów atomowych do wykrywania fal grawitacyjnych w trudno uchwytnym zakresie miliherców.
