В Российском квантовом центре (РКЦ) в Сколково появилась магнитная комната. С ее помощью ученые собираются разработать производство датчиков для диагностирования заболеваний сердца. По словам физиков, используемая ими магнитокардиография (МКГ) намного эффективнее, чем распространенная электрокардиография (ЭКГ). Кроме того, ученые собираются сделать МКГ доступной широким слоям населения.
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, сердечно-сосудистые заболевания уносят в среднем за год жизни 17 миллионов человек. Одна из причин этого — несвоевременная или некорректная диагностика заболевания. Обычная ЭКГ эффективно отслеживает текущее состояние больного, однако она ограничена в предсказании развития заболевания. В отличие от нее, МКГ намного эффективнее, однако чрезвычайно дорога.
Так, в большинстве современных МКГ-установках используются сверхпроводящие магнитные сенсоры (СКВИДы, сверхпроводящие квантовые интерферометры — SQUID, Superconducting Quantum Interference Device), которым необходимо дорогостоящее криогенное охлаждение. Стоимость таких аппаратов достигает 1,5 миллиона долларов, что значительно ограничивает распространение перспективной технологии.
МКГ предполагает измерение магнитного поля сердца и позволяет отследить патологические изменения в нем лучше, чем ЭКГ. Эффективность нового метода превосходит ультразвуковое исследование и приближается к методам ядерной медицины (позитронно-эмиссионной томографии).
СКВИД был открыт в 1960-х годах, а механизм его действия основан на законах квантовой механики. Чувствительность такого интерферометра к магнитным полям в сотни раз выше, чем у несверхпроводящего магнитометра, и находится на пороге фонового значения магнитного поля. СКВИД использует интерференцию токов, протекающих через сверхпроводящее кольцо в переменном магнитном поле. Величина критического тока, возникающего при этом, связана со значением внешнего магнитного поля, для измерения которого и предназначен СКВИД.
Эта система позволяет преобразовывать сигналы слабых магнитных полей в электрический ток. Точность МКГ существенно выше, чем ЭКГ, поскольку на результате почти не сказывается электрическая проводимость кожи. Кроме того, МКГ— бесконтактный метод наблюдения за состоянием пациента.
Ученые из РКЦ решили уменьшить стоимость МКГ-установок. Группа под руководством доктора физико-математических наук Владимира Белотелова работает над созданием сверхчувствительных сенсоров из небольших монокристаллических пленок ферритов-гранатов, не требующих криогенного охлаждения и действующих при комнатной температуре. МКГ-установка с такими сенсорами, как ожидается, будет примерно в сто раз дешевле, чем установка с криогенным охлаждением.
«Мы создаем эти сенсоры для медицинских целей — они будут использоваться для контроля магнитных полей сердца. Этот метод намного информативнее и точнее обычной электрокардиографии, он позволит, например, за сутки предсказать инфаркт и заранее предпринять все необходимые меры», — говорит генеральный директор РКЦ Руслан Юнусов.
Однако первые (и последующие) образцы таких сенсоров требуют точных калибровки и настройки. Это можно произвести только в условиях отсутствия внешних магнитных полей (по-крайней мере, сведению их влияния к минимуму). С этой целью в РКЦ и построили свою магнитную комнату. Стенки комнаты сделаны из особого сплава никеля и железа (пермаллоя), который слабо пропускает магнитные поля.
«Мы выбирали нужный нам коэффициент подавления — это где-то три порядка величины, то есть магнитное поле внутри камеры слабее в тысячу раз», — отметил Белотелов.
Магнитная комната просторна — 3 x 4 x 2 метров, так что в ней могут поместиться до трех человек. Это существенно облегчает лабораторные эксперименты. Стоимость безмагнитной камеры — 275 тысяч евро. Она была приобретена за счет средств гранта Российского научного фонда. РКЦ удалось договориться с партнерами о существенной скидке (рыночная цена приближается к 500 тысячам евро). Всего в мире, по словам Юнусова, аналогичных комнат не более 15-ти.
В ближайшее время ученые собираются приступить к калибровке и настройке сенсоров и провести измерения магнитного поля сердец мышей и крыс. Затем — эксперименты с человеком.