El sensor cuántico de diamante mide las corrientes en el corazón con una resolución milimétrica

El sensor cuántico de diamante mide las corrientes en el corazón con una resolución milimétrica


Muchos problemas cardíacos, incluidas la taquicardia y la fibrilación, se derivan principalmente de imperfecciones en la forma en que las corrientes eléctricas viajan por el corazón. Desafortunadamente, es difícil para los médicos estudiar estas imperfecciones. De hecho, medir estas corrientes implica procedimientos altamente invasivos y exposición a rayos X.

Afortunadamente, hay otras opciones. Por ejemplo, la magnetocardiografía (MCG) es un enfoque alternativo prometedor para medir indirectamente las corrientes cardíacas. La técnica consiste en detectar cambios diminutos en el campo magnético cerca del corazón causados ​​por corrientes cardíacas. Esto se puede hacer completamente sin contacto. Para ello se han desarrollado diferentes tipos de sensores cuánticos adecuados para este fin. Sin embargo, su resolución espacial está limitada a escalas centimétricas, lo que no es suficiente para detectar corrientes cardíacas que se propagan a escalas milimétricas. Además, cada uno de estos sensores tiene una buena parte de sus limitaciones prácticas, como el tamaño y la temperatura de funcionamiento.

En un nuevo estudio publicado hoy (23 de agosto de 2022) en Física de las comunicaciones, un equipo de científicos ha desarrollado una nueva configuración para realizar MCG a resoluciones más altas. Su enfoque se basa en un sensor cuántico de diamante que comprende vacantes de nitrógeno, que actúan como “centros” magnéticos especiales sensibles a los campos magnéticos débiles producidos por las corrientes cardíacas. Los investigadores fueron dirigidos por el profesor asociado Takayuki Iwasaki del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón.

Pero, ¿cómo observar el estado de estos centros para extraer información sobre las corrientes cardíacas? Resulta que el sensor también es fluorescente, lo que significa que absorbe fácilmente la luz a frecuencias específicas y luego las vuelve a emitir a diferentes frecuencias. Más importante aún, la intensidad de la luz reemitida en las vacantes de nitrógeno cambia según la fuerza y ​​la dirección del campo magnético externo.

Los investigadores crearon una configuración de MCG utilizando un láser de 532 nm (verde) para excitar el sensor de diamante y un fotodiodo para capturar los fotones reemitidos (partículas de luz). También desarrollaron modelos matemáticos para mapear con precisión estos fotones capturados con los campos magnéticos correspondientes y, a su vez, con las corrientes cardíacas que son responsables de ellos.

Con una resolución espacial sin precedentes de 5,1 mm (0,20 pulgadas), el sistema propuesto podría crear mapas bidimensionales detallados de corrientes cardíacas medidas en los corazones de ratas de laboratorio. Además, a diferencia de otros sensores MCG bien establecidos que requieren temperaturas criogénicas, el sensor de diamante podría funcionar a temperatura ambiente. Esto permitió a los investigadores colocar su sensor muy cerca del tejido cardíaco, lo que amplificó las señales medidas. “Las ventajas de nuestro sensor sin contacto combinado con nuestros modelos actuales permitirán observaciones más precisas de las imperfecciones cardíacas utilizando animales modelo de pequeños mamíferos”, señala el Dr. Iwasaki.

En general, la configuración de MCG desarrollada en este estudio parece ser una herramienta prometedora para comprender muchos problemas cardíacos, así como otros procesos corporales que involucran corrientes eléctricas. Al respecto, el Dr. Iwasaki comenta: “Nuestra técnica permitirá estudiar el origen y la progresión de diversas arritmias cardíacas, así como otros fenómenos biológicos relacionados con la actualidad.

Con suerte, los esfuerzos del equipo de investigación ayudarán a avanzar en nuestro conocimiento de las enfermedades del corazón, ayudando a salvar vidas a través de la medicina moderna.

Referencia: “Magnetocardiografía a escala milimétrica de ratas vivas con toracotomía” 23 de agosto de 2022, Física de las comunicaciones.
DOI: 10.1038/s42005-022-00978-0

Financiamiento: Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología, Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón

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