研發的新技術足夠靈敏，可以檢測大腦和心臟的磁場

研究人員開發了一種基於光的技術，用於測量非常弱的磁場，例如當神經元在大腦中發射時產生的磁場。廉價且緊湊的感測器可以提供目前用於繪製大腦活動的磁共振成像（MRI）系統的替代方案，而無需MRI機器所需的昂貴的冷卻或電磁屏蔽。

「攜帶型，低成本的大腦成像系統可以在非屏蔽環境中在室溫下運行，可以在運動場和衝突區域發生潛在腦震後進行實時大腦活動測繪，爆炸對大腦的影響可能是災難性的， 「圖森亞利桑那大學的研究員Babak Amirsolaimani說。

正如光學學會（OSA）期刊Optics Letters所詳述的那樣，研究人員使用光纖和新開發的對磁場敏感的聚合物 - 納米粒子複合材料製造了磁感測器。感測器可以檢測到大腦的磁場，磁場比地球的磁場弱1億倍。

研究人員還表明，新型感測器可以檢測出人體心跳的弱磁性模式，並能夠檢測到每微秒從小到100平方微米的區域變化的磁波。

「感測器的全光學設計意味著它可以在矽光子晶元上低成本製造，從而可以生產出幾乎與感測器的10微米直徑光纖一樣小的系統，」Amirsolaimani說。「然後可以將多個感測器一起使用，以提供高太空解析度的大腦映射。」

新的感測器可以幫助科學家更好地了解大腦的活動和大腦疾病，如癡呆症和阿爾茨海默氏症。它們也可用於測量用於預測火山爆發和地震的磁場，識別用於挖掘的石油和礦物以及探測軍用潛艇。

光學檢測磁場

用於檢測弱磁場的光學方法利用了以下事實：磁場引起光的偏振旋轉，旋轉程度取決於光通過的材料。研究人員開發出一種新的複合材料，由分散在聚合物中的納米顆粒製成，當存在非常弱的磁場時，該複合材料在光線下產生可檢測的偏振旋轉。

他們選擇了基於磁鐵礦和鈷的納米顆粒，因為這些材料具有非常高的磁敏感性。然後，他們優化了納米粒子的尺寸，間距和塗層，以產生對磁場極其敏感的複合材料。

研究人員使用光學干涉儀檢測到偏振旋轉。這通過將雷射分成兩個路徑來工作，其中一個路徑穿過高靈敏度材料而另一個路徑不穿過。檢測並比較每個光路的偏振以測量非常小的磁場中的波動。

當檢測到弱磁場時，雜訊很容易掩蓋被檢測的信號。出於這個原因，研究人員使用干涉儀設定，消除周圍環境影響，如振動和溫度波動。這種設定使雜訊水準非常接近光學設計的理論極限，這對於檢測非常弱的磁場是關鍵。

研究人員使用感測器測量人體心跳過程中產生的電脈衝產生的磁場。他們能夠檢測到具有高對比度的清晰磁信號，證明了該技術作為心電圖或ECG的簡單替代品的潛力，通常用於檢測心臟問題。

接下來，研究人員計劃研究感測器的長期穩定性以及它們如何抵抗環境變化。他們還想製造數百個感測器，以製作一個評估和成像人類大腦整個磁場的系統。