In sviluppo tecniche alternative e più economiche ai sistemi di risonanza magnetica

In sviluppo tecniche alternative e più economiche ai sistemi di risonanza magnetica
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Ricercatori hanno sviluppato una tecnica di rilevazione, basata sulle proprietà elettromagnetiche della luce, per misurare campi magnetici molto deboli come quelli prodotti dai neuroni in attività nel cervello.

I sensori sono economici e compatti e potrebbero offrire un'alternativa ai sistemi di risonanza magnetica (MRI) attualmente utilizzati per mappare l'attività cerebrale, evitando però i costosi sistemi di raffreddamento o la schermatura elettromagnetica richiesta dalle macchine a risonanza magnetica.
"Un sistema di imaging cerebrale portatile e a basso costo che può funzionare a temperatura ambiente in ambienti non schermati consentirebbe la mappatura dell'attività cerebrale in tempo reale, dopo potenziali commozioni cerebrali procurate sul campo sportivo o in zone di conflitto, in cui l'effetto degli esplosivi sul cervello può essere catastrofico", ha affermato un membro del team di ricerca, il ricercatore Babak Amirsolaimani dell'Università dell'Arizona a Tucson.

Come specificato nella rivista Optics Letters di The Optical Society (OSA), i ricercatori hanno fabbricato i sensori usando fibre ottiche ed un polimero-nanoparticellare di nuova concezione che è appunto sensibile ai campi magnetici. I sensori possono rilevare il campo magnetico del cervello, che è 100 milioni di volte più debole di quello terrestre.

I ricercatori hanno anche mostrato che il nuovo sensore è in grado di rilevare il debole segnale magnetico di un battito cardiaco umano e ha la capacità di rilevare fluttuazioni magnetiche, variabili ogni microsecondo, in un'area di soli 100 micron quadrati.

"la natura ottica del sensore indica che potrebbe essere fabbricato in modo economico su un chip di silicio, rendendo possibile la produzione di un oggetto che è quasi piccolo quanto la fibra ottica del sensore, ovvero circa 10 micron di diametro", ha affermato Amirsolaimani. "potrebbero quindi essere utilizzati insieme più sensori per fornire una dettagliata mappatura spaziale del cervello ad alta risoluzione".

I nuovi sensori potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio l'attività del cervello e malattie come la demenza e l'Alzheimer. Potrebbero anche essere utili per misurare i campi magnetici usati per prevedere eruzioni vulcaniche e terremoti, identificare zone di scavo per petrolio e minerali e rilevare sottomarini militari.

Il metodo per la rilevazione di campi magnetici deboli trae vantaggio dal fatto che un campo magnetico causa una rotazione del piano di polarizzazione della luce, con il grado di rotazione dipendente dal materiale attraverso cui la luce viaggia. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo materiale composito costituito da nanoparticelle disperse in un polimero tale da conferire una rilevabile rotazione del piano di polarizzazione quando vengono indotti campi magnetici molto deboli.

Le nanoparticelle selezionate sono a base di magnetite e cobalto perché questi materiali presentano una sensibilità magnetica molto elevata.
I ricercatori hanno rilevato la rotazione della polarizzazione utilizzando un interferometro ottico. Questo strumento divide la luce laser in due fasci, uno dei quali passa attraverso il materiale altamente sensibile mentre l'altro no. La polarizzazione di ciascun fascio di luce viene registrata e confrontata per misurarne le variazioni attraverso campi magnetici molto piccoli.
Durante esperimenti del genere, è possibile che interferenze magnetiche possano facilmente coprire il segnale rilevato. Per questo motivo, i ricercatori hanno utilizzato una particolare configurazione per schermare l'interferometro, tale da eliminare gli effetti ambientali come vibrazioni e le fluttuazioni di temperatura.

I ricercatori sono stati in grado di rilevare un chiaro segnale magnetico proveniente dal cuore preso in esame, dimostrando il potenziale della tecnologia come semplice sostituto per elettrocardiografia o ECG, test comunemente eseguiti per rilevare problemi cardiaci.

Per il futuro, i ricercatori hanno in programma di studiare la stabilità a lungo termine di questi sensori, ed il loro grado di resistenza alle varie condizioni ambientali. Hanno in progetto anche di fabbricare centinaia di sensori per creare un sistema per l'imaging dell'intero campo magnetico di un cervello umano.

FONTE: phys
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