Um sensor baseado em diamante que mapeia as correntes elétricas sutis dentro do coração foi desenvolvido por pesquisadores no Japão. Liderado por Takayuki Iwasaki no Instituto de Tecnologia de Tóquio, a equipe baseou seu dispositivo na fluorescência de centros de vacância de nitrogênio (NV) em diamantes. Eles usaram seu sensor para medir os campos magnéticos criados por correntes elétricas que viajam no coração de ratos vivos e os pesquisadores dizem que a resolução de 5.1 mm do dispositivo é inédita.
Algumas doenças cardíacas, incluindo taquicardia e fibrilação, são causadas por imperfeições na forma como as correntes elétricas são transmitidas pelo coração. Para diagnosticar essas condições, os cardiologistas usam a magnetocardiografia (MCG): uma técnica sem contato que mede remotamente os campos magnéticos produzidos por correntes elétricas no coração.
A resolução do MCG é limitada por fatores como o tamanho do sensor e a temperatura operacional. Por exemplo, sensores baseados em supercondutores são muito bons na detecção de pequenos campos magnéticos, mas devem ser mantidos em temperaturas muito baixas. Como resultado, esses sensores devem ser mantidos a alguma distância do coração e, portanto, não podem resolver correntes em escala milimétrica. Isso significa que eles não podem resolver totalmente as intrincadas ondas rotacionais produzidas por arritmias ventriculares.
Defeitos em escala atômica
Para criar um sensor de alta resolução, a equipe de Iwasaki usou centros de vacância de nitrogênio (NV) – que são defeitos em escala atômica no diamante. Em um centro NV, um par de átomos de carbono adjacentes na rede do diamante é substituído por um átomo de nitrogênio e um espaço vazio. Um centro NV é essencialmente um spin quântico isolado que é muito sensível a um campo magnético externo. Além disso, emite luz fluorescente de forma dependente da intensidade e direção do campo. Essas propriedades podem ser combinadas para criar um sensor magnético com uma leitura óptica.
Sensor quântico pode detectar SARS-CoV-2
Iwasaki e seus colegas criaram um sensor a partir de um chip de diamante com alta densidade de centros NV. Operando em temperatura ambiente, eles posicionaram o sensor a apenas alguns milímetros do coração de ratos vivos. Os centros NV foram iluminados com um laser verde e um fotodiodo foi usado para capturar a luz fluorescente emitida. A equipe de Iwasaki também desenvolveu um modelo matemático para traduzir as medições de fluorescência nos campos magnéticos correspondentes. Isso permitiu que eles produzissem imagens 2D detalhadas da atividade elétrica nos corações, alcançando uma resolução de 5.1 mm. Os pesquisadores esperam que seus sensores possam tornar muito mais fácil para os cardiologistas estudar a origem e a progressão de muitos tipos diferentes de problemas cardíacos em pacientes – potencialmente levando a novos métodos para diagnosticar e tratar essas doenças. Com melhorias adicionais, o sensor também pode ser usado para detectar correntes elétricas ainda mais sutis produzidas em outras partes do corpo.
A pesquisa é descrita em Física das Comunicações.
