Процедура электрокардиографии регистрирует электрическую активность сердца посредством электродов, приклеенных к коже. Показания ЭКГ зависят от различий в электропроводности тканей тела. Магнитокардиография (МКГ) улавливает магнитные поля, создаваемые активностью сердца: она не требует контакта с кожей, и проводимость тканей почти не влияет на точность измерений. Однако для регистрации таких сигналов нужны чрезвычайно чувствительные приборы — в прошлом МКГ требовали дорогих и сложных технологий вроде сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств и оптически накачиваемых магнитометров. До сих пор эти методы превосходили алмазные датчики по чувствительности и способности отличать сигнал от фонового шума.
Ученые из Майнцского университета им. Гутенберга взялись исследовать возможности практического применения алмазов в медицинских магнитных измерениях. Они изготовили датчик с алмазом в форме усеченной пирамиды и объемом менее 0,5 мм³. Малый размер облегчает использование и позволяет картировать магнитные сигналы более подробно и при комнатной температуре. Вдобавок, прибор работает без магнитного поля смещения — внешнего магнитного поля, которое в других системах используется для отсеивания окружающих магнитных помех.
Результаты измерений продемонстрировали потенциал для медицинского применения, а также позволили определить, какие именно усовершенствования необходимы для практического внедрения этих систем, пишет Scitech Daily.
«Магнитометры на NV-центрах отличаются быстрой инициализацией, превосходной биосовместимостью и стабильной работой в широком диапазоне температур. Это делает их особенно привлекательными для биомедицинских применений», — сказал Арне Викенброк, координатор проекта.
NV означает «азотно-замещенную вакансию», особый дефект кристаллической структуры алмаза. В NV-центре атом азота занимает место атома углерода, а рядом с ним остается пустая позиция. Исследователи могут изучать энергетические уровни этих центров, чтобы делать точные измерения магнитных и электрических полей, температуры и механических напряжений.
Два пространственно разнесенных датчика могут образовывать градиентометр, регистрирующий разность значений магнитного поля в точках их размещения. Такой подход используется в онкохирургии и позволяет отслеживать активность нервов во время операций в условиях отсутствия магнитного экранирования. Чувствительность к пространственным изменениям поля также может помочь выделить сигнал сердца плода на фоне сигнала матери без проведения инвазивных процедур.
Один из путей к улучшению характеристик прибора — концентрация большего магнитного поля в крошечном алмазе: структуры, называемые концентраторами потока, собирают магнитный поток в зону датчика, усиливая сигнал. Малый объем датчиков позволяет усилить сигнал более чем в 100 раз, и сочетание детекторов с такими структурами со временем могло бы обеспечить сопоставимое с ЭКГ качество изображения.
«Адаптация магнитных структур для оптимальной концентрации силовых линий магнитного поля от источника внутри алмаза — это путь к практическому внедрению этих квантовых технологий», — заявил Мухиба Омар, создатель детектора.
Современная наука умеет регистрировать гравитационные волны, или возмущения ткани пространства-времени, на высоких и на сверхнизких частотах, однако среднечастотный диапазон остается «слепой зоной». Новая концепция детектора, предложенная год назад, использует передовые технологии оптических резонаторов и атомных часов для обнаружения гравитационных волн в трудноуловимом миллигерцовом диапазоне.
