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Sensor quântico de diamante permite medir correntes elétricas no coração com resolução milimétrica

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Fonte

TITECH | Instituto de Tecnologia de Tóquio

Data

segunda-feira, 29 agosto 2022 06:20

Áreas

Bioengenharia. Cardiologia. Engenharia Biomédica. Física Médica. Medicina. Saúde Pública.

A propagação imperfeita da corrente elétrica no coração está na raiz da maioria das doenças e alterações cardíacas, como a taquicardia e a fibrilação. Graças a uma nova técnica de magnetocardiografia (MCG) desenvolvida no projeto MEXT Q-LEAP Flagship com pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (TITECH) e da Universidade de Tóquio, no Japão, agora pode-se visualizar essas correntes em resoluções de escala milimétrica. Com base em um sensor quântico de diamante que detecta os campos magnéticos do coração, o sistema proposto oferece alta resolução à temperatura ambiente, como demonstrado em experimentos com camundongos. A técnica pode ajudar a aprofundar a compreensão de vários tipos de arritmias cardíacas.

A MCG é uma abordagem alternativa promissora para medir indiretamente as correntes cardíacas. A técnica envolve a detecção de pequenas mudanças no campo magnético próximo ao coração causadas por correntes cardíacas, o que pode ser feito de maneira completamente sem contato. Para tal, foram desenvolvidos vários tipos de sensores quânticos adequados para este fim. No entanto, sua resolução espacial é limitada a escalas de centímetros, não sendo boa o suficiente para detectar correntes cardíacas que se propagam em escalas milimétricas. Além disso, cada um desses sensores tem uma boa parte de suas limitações práticas, como tamanho e temperatura de operação.

Em um estudo recente publicado na revista científica Communications Physics, uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Takayuki Iwasaki, professor do TITECH, desenvolveu uma nova configuração para realizar MCG em resoluções mais altas. Sua abordagem é baseada em um sensor quântico de diamante composto por vacâncias de nitrogênio, que atuam como ‘centros’ magnéticos especiais que são sensíveis aos campos magnéticos fracos produzidos pelas correntes cardíacas.

Mas como observar o estado desses centros para extrair informações sobre as correntes cardíacas? Acontece que o sensor também é fluorescente, o que significa que absorve facilmente a luz em frequências específicas e depois as reemite em frequências diferentes. Mais importante ainda, a intensidade da luz reemitida nas vacâncias de nitrogênio muda dependendo da intensidade e direção do campo magnético externo.

A equipe de pesquisa criou uma configuração de MCG usando um laser de 532 nm (verde) para excitar o sensor de diamante e um fotodiodo para capturar os fótons reemitidos (partículas de luz). Eles também desenvolveram modelos matemáticos para mapear com precisão esses fótons capturados com os campos magnéticos correspondentes e, por sua vez, com as correntes cardíacas responsáveis ​​por eles.

Com uma resolução espacial sem precedentes de 5,1 mm, o sistema proposto poderia criar mapas bidimensionais detalhados das correntes cardíacas medidas no coração de animais de laboratório. Além disso, o sensor de diamante pode operar à temperatura ambiente, ao contrário de outros sensores MCG bem estabelecidos que exigem temperaturas criogênicas. Isso permitiu que os pesquisadores posicionassem seu sensor extremamente próximo ao tecido cardíaco, o que amplificou os sinais medidos. “As vantagens de nosso sensor sem contato combinado com nossos modelos atuais permitirão observações mais precisas de imperfeições cardíacas usando modelos animais”, destacou o professor Iwasaki.

A configuração do MCG desenvolvida no estudo parece ser uma ferramenta promissora para entender muitos problemas cardíacos, bem como outros processos corporais envolvendo correntes elétricas. A esse respeito, o Dr. Iwasaki observou: “Nossa técnica permitirá o estudo da origem e progressão de várias arritmias cardíacas, bem como outros fenômenos biológicos formados por correntes elétricas”.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Tóquio (em inglês).

Fonte: TITECH. Imagem: Getty Images.

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