Un sensor de camp magnètic òptic que pot detectar senyals del sistema nerviós

El cos humà està controlat pels impulsos elèctrics, per exemple el cervell, el cor i el sistema nerviós. Aquests senyals elèctrics creen petits camps magnètics que els metges podrien utilitzar per diagnosticar diverses malalties, per exemple relacionades amb problemes de cor o del cervell en els fetus joves. Els investigadors de l'Institut Niels Bohr ara han aconseguit desenvolupar un mètode per a realitzar mesuraments molt precisos d'aquests camps magnètics ultra petits amb un sensor de camp magnètic òptic.

Petits camps magnètics del cos humà, en general, només poden ser recollits per superconductors sensors de camp magnètic molt sensibles que han de ser refredats per heli líquid al zero absolut (que és de menys de 273 graus Celsius). Però ara els investigadors de l'Institut Niels Bohr de la Universitat de Copenhaguen han desenvolupat una òptica molt més barata i un sensor de camp magnètic més pràctic que funciona fins i tot a temperatura ambient o a temperatura corporal.
"El sensor de camp magnètic òptic es basa en un gas d'àtoms de cesi en un petit recipient de vidre. Cada àtom de cesi és equivalent a un petit imant de barra, que es veu afectat pels camps magnètics externs. Els àtoms i, per tant, el camp magnètic són recollits usant làser de llum. El mètode es basa en l'òptica quàntica i la física atòmica i es pot utilitzar per mesurar camps magnètics extremadament petits", explica Kasper Jensen, professor assistent al Centre d'Òptica Quàntica, Quantop a l'Institut Niels Bohr de la Universitat de Copenhaguen.

Ultra sensor de camp magnètic sensible

Els investigadors de l'Institut Niels Bohr han estat desenvolupant el sensor de camp magnètic sensible durant diversos anys en els laboratoris d'investigació del grup de Quantum.
El sensor de camp magnètic en sí consisteix en un recipient de vidre, que té un canal que és d'aproximadament 1 cm de llarg i 1 mm d'ample. A la part inferior del recipient de vidre és de metall cesi. El cesi s'evapora en gas a temperatura ambient i els àtoms de gas s'aixequen al petit canal al cap del sensor. Cada àtom de cesi gira al voltant de si mateix i l'eix és com una petita barra magnètica. Ara el sensor es manté prop d'un nervi que emet un impuls nerviós elèctric. El pols elèctric té un camp magnètic que provoca un canvi en la inclinació dels eixos dels àtoms de cesi i mitjançant l'enviament d'un raig làser a través del gas, es pot llegir els ultra petits camps magnètics dels senyals nerviosos.
Les proves de laboratori, que es van dur a terme en col·laboració amb investigadors de la Facultat de Ciències de la Salut i medicina, han demostrat que es pot utilitzar el sensor de camp magnètic per detectar els camps magnètics dels impulsos elèctrics del sistema nerviós. Les proves es van realitzar en el nervi ciàtic d'una granota, que en molts aspectes s'assemblen als nervis al cos humà. Per raons pràctiques, el nervi es va eliminar de la granota abans de les proves, però també és possible recollir els impulsos elèctrics de granotes vives o dels éssers humans.

L'avantatge del sensor òptic és precisament que els camps magnètics i els impulsos elèctrics es poden recollir de forma segura i fàcilment a una distància d'uns pocs mil·límetres o centímetres - sense que el sensor realment entri en contacte amb el cos.
"Esperem que el sensor s'utilitzi per a exàmens mèdics especials, on és important que aquest no estigui directament en contacte amb el cos, per exemple, per al diagnòstic de problemes de cor en petits fetus. Aquí, el camp magnètic sensor es col·loca a l'abdomen de la mare i es pot detectar fàcilment i amb seguretat el batec del cor del fetus i vostè serà capaç de diagnosticar qualsevol problema del cor en una etapa primerenca perquè el fetus pot obtenir el tractament adequat de forma ràpida", explica Eugene Polzik, professor i cap del Quantop a l'Institut Niels Bohr.
Eugene Polzik explica que es pot calcular la velocitat a la qual els impulsos nerviosos estan passant dels senyals. Hi ha un gran nombre de malalties en les que els nervis estan danyats, per exemple, esclerosi múltiple, on els impulsos nerviosos es mouen més lentament que en les persones que no estan malaltes. D'altra banda, per exemple en malalties dels ulls, es podrà ser capaç de fer el diagnòstic sense haver de posar elèctrodes a l'ull o l'Alzheimer, on es pot ser capaç de mesurar els senyals elèctrics en les vies nervioses específiques.


Font: PHYSorg