Электронные элементы в медицинской магнитно-резонансной томографии

Углеродные нанотрубки являются одним из самых прочных и самых твердых материалов, известных людям на сегодняшний день. Их механические свойства превышают механические свойства высококачественной стали, а уникальные электрические и тепловые свойства углеродных нанотрубок делают их достаточно универсальным материалом. Наличие внутренней полости и толщина стенки всего в один атом обеспечивают углеродным нанотрубкам возможность использования в самых разнообразных областях, в качестве конструкционного материала, в пуленепробиваемых жилетах и других средствах защиты, в устройствах аккумулирования энергии и электронных компонентах. А недавно проведенные новые исследования свойств углеродных нанотрубок указывают на то, что они могут стать тем, что совершит революцию в области медицинской магнитно-резонансной томографии, повысив разрешающую способность устройств-томографов до уровня отдельных атомов и молекул.

Исследования, которые были упомянуты немного выше, были проведены группой ученых из Научного института фотоники (Institute of Photonic Science, ICFO), каталонского Института нанотехнологий (Catalan Institute of Nanotechnology, ICN2) и Мичиганского университета. Томографические магнитные датчики на основе углеродных нанотрубок, созданные усилиями ученых, имели в 50 раз более высокую чувствительность при измерении слабых сил, нежели самые лучшие датчики, используемые сегодня в медицинской томографии. Углеродные нанотрубки, установленные внутри датчиков, играют роль резонаторов, вибрирующих с амплитудой, которая прямо пропорциональна прикладываемой к нанотрубке силе, электростатической или магнитной природы. А использование сверхмалошумящих электронных измерительных цепей позволило ученым измерить амплитуду вибрации нанотрубок с невероятно высокой точностью и вычислить значение прикладываемой силы.

"В нашем случае углеродные нанотрубки являются чем-то вроде гитарных струн, которые вибрируют в ответ на прикладываемые к ним силы. Однако, в нашем случае прикладываемые к нанотрубкам силы, которые вызывают вибрацию, крайне слабы, они соответствуют силам гравитационного притяжения между телами двух людей, находящихся на расстоянии 4500 километров друг от друга" - объясняют ученые, - "За последнее десятилетие ученым удалось добиться весьма скромных усовершенствований технологий измерений слабых сил. В свете этого наше новое открытие является очень важным событием в этой области и разработанные нами технологии позволят получить разрешение будущих магнитно-резонансных томографов до уровня отдельных атомов и молекул".

Методы обычной магнитно-резонансной томографии позволяют регистрировать вращение возбужденных внешним магнитным полем ядер атомов, из которых состоит наше тело. На основе картины сил, возникающих при совокупном вращении групп атомов можно проконтролировать и диагностировать факты возникновения некоторых видов заболеваний. Однако, такая технология дает разрешающую способность в несколько миллиметров, что обусловлено тем, что малые объекты в теле имеют слишком мало атомов, которые не могут произвести силы, достаточной для регистрации величины.

"Высокая чувствительность датчика на основе углеродных нанотрубок позволит измерить силу, вырабатываемую вращением одного единственного атома. Мы думаем, что в будущем такая технология может найти применение не только в медицинской магнитно-резонансной томографии, но и при изготовлении высокоточных измерительных инструментов для исследований в области квантовой механики, фундаментальной физики и других областей".