Уникальный проект
Российские ученые совместно с коллегами из Словакии трудятся над созданием высокочувствительного сенсора, применять который планируется для мониторинга состояния медицинских имплантов и проведения высокоточных медицинских анализов. Кроме того, уникальная разработка может применяться для поиска мельчайших дефектов в промышленных изделиях.
Проект возглавляет с российской стороны директор Высшей школы Института высоких технологий БФУ им. И. Канта, директор НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения», финалистка трека «Наука» конкурса управленцев «Лидеры России» Валерия Родионова. Сама идея по созданию сенсора принадлежит заведующему лабораторией магнитооптических исследований НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. И. Канта Виктору Беляеву.
Новый высокочувствительный датчик переменных и постоянных магнитных полей с оптическим считыванием сигнала не имеет аналогов.
Из ближайших конкурентов только «Российский Квантовый Центр» из Сколково. Там занимаются разработкой датчиков для магнитокардиографии на магнитооптических эффектах. Основные идеи схожи, но выбран другой тип эффектов, рассказывает Виктор Беляев.
Немецкая фирма Matesy Gmbh тоже занимается производством датчиков магнитного поля на магнитооптических эффектах. Но по чувствительности они имеют большие ограничения. Среди сфер применения датчиков - проверка защитных признаков банкнот, распознавание серийных номеров.
«Мы же придумали способ, и показали, как можно использовать усиленные магнитооптические эффекты для измерения напряженности магнитного поля. Так, мы хотим применять наш сенсор для магнитокардиографии, основным преимуществом которой является возможность диагностики изменений в деятельности сердца, когда при помощи ЭКГ или УЗИ начавшиеся отклонения от нормы еще не регистрируются», - объясняет Виктор Беляев.
В сотрудничестве
Проект создания датчика магнитного поля развивается последние 9 лет при участии лаборатории магнитооптических исследований под руководством Виктора Беляева БФУ им. И. Канта и лабораторией нанооптики и метаматериалов под руководством Андрея Анатольевича Федянина из МГУ имени М.В. Ломоносова. За эти годы было опубликовано 8 статей и получен совместный патент на изобретение.
Сейчас в проекте, который рассчитан на 3 года, принимает участие совместная команда из России и Словакии. Задача начального этапа, который рассчитан на 2022 г., - провести моделирование оптических и магнитооптических свойств, сделать пилотную серию сенсорных элементов, провести моделирование, проверить свойства экспериментально и скорректировать параметры на следующие года выполнения проекта, рассказывают ученые.
С российской стороны работает 7 человек, которые сконцентрированы на моделировании/исследовании и анализе магнитных, оптических и магнитооптических свойств материалов.
Словацкие ученые занимаются созданием образцов с параметрами, рассчитанными российской стороной, и характеризацией их структурных свойств.
«Работа над проектом рассчитана на 3 года, финансирование порядка 5 млн. руб. в год для каждой из сторон. С российской стороны финансирование осуществляется со стороны Министерства Науки и Высшего образования РФ, а со стороны иностранных коллег - Словацким Агентством Исследований и Развития».
К работе над сенсором привлекается молодежь из Калининграда. Они принимают участие в проведении экспериментальных исследований, моделировании, обработке и анализе полученных данных.
«Это «руки» для нашей команды. Работа с нами позволяет студентам себя проявить при выполнении исследований, написать статьи, получить задел по тематике, который поможет им подаваться на новые гранты».
Практическая польза уникального сенсора
Задачей проекта является изготовление сенсорного элемента, то есть магнитоплазмонного кристалла, который можно применять для исследования созданных магнитных материалов, а также высокоточного контроля качества на производстве и в медицине.
«К примеру, сломанную кость скрепили имплантом, а вместе с ним установили тонкую полоску/провод из магнитного материала. От формы магнитного материала сильно зависят его магнитные свойства и, по изменению магнитных свойств можно отследить изменения или нарушения геометрии, не используя при этом рентген».
Кроме того, в сенсоры можно будет использовать в лабораториях-на-чипе (lab-on-chip) когда пациенту надо будет сделать анализ крови на 5-8 различных показателей. В обычной поликлинике для этого возьмут несколько миллилитров крови и будут последовательно проводить анализ.
Использование лаборатории-на-чипе должно позволить сделать это за один раз, используя при этом в тысячу раз меньший объем крови.
По внешнему виду сенсорный элемент представляет собой слои из металлов, которые нанесены на дифракционную решетку. На такую структуру падает свет, отражается от нее и анализируется. Внешне сенсор выглядит как металлизированная поверхность цифрового диска BD или DVD.
«Себестоимость сенсорного элемента порядка 1 тыс. руб., датчик магнитного поля на основе сенсорного элемента будет включать в себя оптическую схему и электронику, что, по оценке, обойдется до 200 тыс. рублей».
Подписывайтесь на новости в Телеграм, ВКонтакте, Яндекс Дзен