Los investigadores han desarrollado una técnica basada en la luz para medir campos magnéticos muy débiles, como los que se producen cuando las neuronas se activan en el cerebro. Los sensores económicos y compactos podrían ofrecer una alternativa a los sistemas de imágenes por resonancia magnética (MRI) que se utilizan actualmente para mapear la actividad cerebral sin el costoso enfriamiento o el blindaje electromagnético que requieren las máquinas de MRI.
"Un portátil, Un sistema de imágenes cerebrales de bajo costo que puede operar a temperatura ambiente en entornos sin blindaje permitiría mapear la actividad cerebral en tiempo real después de posibles conmociones cerebrales en el campo de deportes y en zonas de conflicto donde el efecto de los explosivos en el cerebro puede ser catastrófico. "dijo el miembro investigador Babak Amirsolaimani de la Universidad de Arizona, Tucson.
Como se detalla en la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores fabricaron los sensores magnéticos utilizando fibras ópticas y un compuesto de nanopartículas de polímero recientemente desarrollado que es sensible a los campos magnéticos. Los sensores pueden detectar el campo magnético del cerebro, que es 100 millones de veces más débil que el campo magnético de la tierra.
Los investigadores también demostraron que el nuevo sensor puede detectar el patrón magnético débil de los latidos del corazón humano y tiene la capacidad de detectar fluctuaciones magnéticas que cambian cada microsegundo desde un área tan pequeña como 100 micrones cuadrados.
"El diseño totalmente óptico del sensor significa que podría fabricarse de forma económica en un chip fotónico de silicio, haciendo posible producir un sistema que es casi tan pequeño como la fibra óptica de 10 micrones de diámetro del sensor, ", dijo Amirsolaimani." Entonces, varios sensores podrían usarse juntos para proporcionar un mapeo cerebral de alta resolución espacial ".
Los nuevos sensores podrían ayudar a los científicos a comprender mejor la actividad del cerebro y las enfermedades del cerebro como la demencia y el Alzheimer. También podrían ser útiles para medir los campos magnéticos utilizados para predecir erupciones volcánicas y terremotos. identificar petróleo y minerales para excavación y detectar submarinos militares.
Detección óptica de campos magnéticos.
El método óptico para detectar campos magnéticos débiles aprovecha el hecho de que un campo magnético hace que la polarización de la luz gire, con el grado de rotación dependiente del material a través del cual pasa la luz. Los investigadores desarrollaron un nuevo material compuesto hecho de nanopartículas dispersas en un polímero que imparte una rotación de polarización detectable en la luz cuando hay campos magnéticos muy débiles.
Seleccionaron nanopartículas basadas en magnetita y cobalto porque estos materiales exhiben una sensibilidad magnética muy alta. Luego optimizaron el tamaño, espaciado y recubrimiento de las nanopartículas para crear un material compuesto que es extremadamente sensible a los campos magnéticos.
Los investigadores detectaron la rotación de polarización utilizando un interferómetro óptico. Esto funciona dividiendo la luz láser en dos caminos, uno de los cuales atraviesa el material altamente sensible mientras que el otro no. La polarización de cada trayectoria de luz se detecta y se compara para medir las fluctuaciones en campos magnéticos muy pequeños.
Al detectar campos magnéticos débiles, el ruido puede cubrir fácilmente la señal detectada. Por esta razón, los investigadores utilizaron una configuración de interferómetro que elimina los efectos ambientales ambientales como la vibración y las fluctuaciones de temperatura. Esta configuración mantuvo los niveles de ruido muy cerca del límite teórico del diseño óptico, que fue clave para detectar campos magnéticos muy débiles.
Los investigadores utilizaron los sensores para medir el campo magnético creado por impulsos eléctricos producidos durante los latidos del corazón humano. Pudieron detectar una señal magnética clara que exhibía un alto contraste, demostrando el potencial de la tecnología como un simple reemplazo de la electrocardiografía, o ECG, pruebas que se realizan comúnmente para detectar problemas cardíacos.
Próximo, los investigadores planean estudiar la estabilidad a largo plazo de los sensores y qué tan bien soportan los cambios ambientales. También quieren fabricar varios cientos de sensores para crear un sistema para evaluar y obtener imágenes de todo el campo magnético de un cerebro humano.
