Os pesquisadores desenvolveram uma técnica baseada em luz para medir campos magnéticos muito fracos, como os produzidos quando os neurônios disparam no cérebro. Os sensores baratos e compactos podem oferecer uma alternativa aos sistemas de ressonância magnética (MRI) usados atualmente para mapear a atividade cerebral sem o resfriamento caro ou a blindagem eletromagnética exigida pelas máquinas de ressonância magnética.
"Um portátil, Sistema de imagem cerebral de baixo custo que pode operar em temperatura ambiente em ambientes sem blindagem permitiria o mapeamento da atividade cerebral em tempo real após concussões em potencial no campo esportivo e em zonas de conflito onde o efeito de explosivos no cérebro pode ser catastrófico, "disse o pesquisador Babak Amirsolaimani, da Universidade do Arizona, Tucson.
Conforme detalhado na revista The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores fabricaram os sensores magnéticos usando fibras ópticas e um recém-desenvolvido composto de nanopartículas de polímero que é sensível a campos magnéticos. Os sensores podem detectar o campo magnético do cérebro, que é 100 milhões de vezes mais fraco do que o campo magnético da Terra.
Os pesquisadores também mostraram que o novo sensor pode detectar o padrão magnético fraco de um batimento cardíaco humano e tem a capacidade de detectar flutuações magnéticas que mudam a cada microssegundo em uma área tão pequena quanto 100 mícrons quadrados.
"O design totalmente óptico do sensor significa que ele pode ser fabricado de forma barata em um chip fotônico de silício, tornando possível a produção de um sistema que é quase tão pequeno quanto a fibra óptica de 10 mícrons de diâmetro do sensor, "disse Amirsolaimani." Múltiplos sensores podem então ser usados juntos para fornecer mapeamento cerebral de alta resolução espacial. "
Os novos sensores podem ajudar os cientistas a entender melhor a atividade do cérebro e doenças do cérebro, como demência e Alzheimer. Eles também podem ser úteis para medir os campos magnéticos usados para prever erupções vulcânicas e terremotos, identificar petróleo e minerais para escavação e detectar submarinos militares.
Detecção óptica de campos magnéticos
O método óptico para detectar campos magnéticos fracos aproveita o fato de que um campo magnético faz com que a polarização da luz gire, com o grau de rotação dependente do material pelo qual a luz passa. Os pesquisadores desenvolveram um novo material compósito feito de nanopartículas dispersas em um polímero que transmite uma rotação de polarização detectável na luz quando campos magnéticos muito fracos estão presentes.
Eles selecionaram nanopartículas com base em magnetita e cobalto porque esses materiais exibem uma sensibilidade magnética muito alta. Eles então otimizaram o tamanho, espaçamento e revestimento das nanopartículas para criar um material composto que é extremamente sensível a campos magnéticos.
Os pesquisadores detectaram a rotação de polarização usando um interferômetro óptico. Isso funciona dividindo a luz laser em dois caminhos, um dos quais passa pelo material altamente sensível, enquanto o outro não. A polarização de cada caminho de luz é detectada e comparada para medir flutuações em campos magnéticos muito pequenos.
Ao detectar campos magnéticos fracos, o ruído pode facilmente encobrir o sinal que está sendo detectado. Por esta razão, os pesquisadores usaram uma configuração de interferômetro que elimina os efeitos ambientais do ambiente, como vibração e flutuações de temperatura. Esta configuração manteve os níveis de ruído muito próximos do limite teórico do design óptico, que foi a chave para detectar campos magnéticos muito fracos.
Os pesquisadores usaram os sensores para medir o campo magnético criado por impulsos elétricos produzidos durante o batimento cardíaco humano. Eles foram capazes de detectar um sinal magnético claro exibindo alto contraste, demonstrando o potencial da tecnologia como um substituto simples para a eletrocardiografia, ou ECG, exames comumente realizados para detectar problemas cardíacos.
Próximo, os pesquisadores planejam estudar a estabilidade a longo prazo dos sensores e como eles resistem às mudanças ambientais. Eles também querem fabricar várias centenas de sensores para fazer um sistema de avaliação e geração de imagens de todo o campo magnético do cérebro humano.
