Nanodiamantes puros utilizan tecnología cuántica para predecir enfermedades con una precisión sin precedentes | tecnología

Uno de los mayores problemas en la aplicación de la física microscópica, el ruido, ha permitido el desarrollo más prometedor en medicina preventiva y de precisión: los sensores cuánticos. Cada interacción cambia el estado de una partícula y esta inestabilidad es una de las mayores limitaciones de la informática con esta ciencia que debe controlarla o corregirla. Sin embargo, el físico de la Universidad de Murcia Javier Prior, especializado en biología, termodinámica y sensores cuánticos, ha convertido esta desventaja en una gran oportunidad para abrir un campo sin precedentes al identificar, en sus primeros pasos, cualquier cambio al más mínimo nivel celular. Los diamantes nanométricamente puros se utilizan para capturar partículas que responden a cualquier anomalía en el desarrollo de las unidades biológicas más pequeñas, permitiendo identificar la disfunción en la etapa inicial o en un microfluido del cuerpo. Se trata de una baliza microscópica que envía señales cuando detecta los primeros signos fisicoquímicos de una incipiente tormenta celular.

Prior lidera un grupo a cuyos empleados conoció después de su paso por las universidades de Oxford, Imperial College y Ulm. Se trata principalmente de Fedor Jelezko, pionero de los diamantes NV (Vacancy Nitrogen), y Alex Retzker, experto en sensores. Esta relación y una patente sobre microfluidos basados ​​en sensores cuánticos (que permiten la lectura óptica de reacciones en mínimas sustancias líquidas o gaseosas) abrieron la nueva puerta que llevó a la creación de Qlab, una iniciativa que combina investigación con negocio y en un posible proyecto de apoyo a trabajos. del Ministerio de Transformación Digital. Los desarrollos están financiados por la Agencia Estatal de Investigación.

Es complejo, pero Prior se esfuerza por simplificar años de investigación: “Tenemos un dispositivo que es muy sensible a una determinada influencia externa. Creamos un sistema cuántico. Tomo un electrón y uso pulsos ultrarrápidos para ponerlo en una superposición que hace que gire hacia un lado, lo que se llama doblar [rotación en inglés], aunque en realidad no se trata de una vuelta de tuerca, sino todo lo contrario al mismo tiempo. Dado que cada estado cuántico es muy sensible a los efectos de los campos eléctricos o magnéticos u otros parámetros físicos, lo utilizamos como brújula. Si acercas un imán, la aguja se mueve y se alinea con el campo magnético. «Mi sensor detecta los campos magnéticos más pequeños y funciona a temperatura ambiente».

El vehículo de este sensor, capaz de detectar la más mínima señal, es un diamante, cuya partícula atómica se encuentra a nueve nanómetros de la superficie -un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro (10⁻⁹)-. “Fabricamos diamantes sintéticamente porque los diamantes naturales contienen muchas impurezas. [que pueden afectar al sistema cuántico] y los queremos muy puros ya que solo nos interesa que tengan átomos de carbono-12. Lo construimos mediante deposición química de vapor: se crea un plasma que se deposita capa por capa”. Para insertar la partícula cuántica, se acelera y corre contra el diamante. “Dependiendo de la velocidad y de la forma en que los lances, recorren, digamos, una distancia determinada”, dice, tratando de resumir un proceso complicado.

El siguiente paso es acercar el nanodiamante, completamente biocompatible, a una célula en una placa de Petri mediante unas pinzas ópticas, dos láseres que captan el dispositivo: “De esta manera se puede introducir en una parte de la célula y detectar si hay una Se produce proteína relevante para la inflamación. Es como introducir una cámara que vigila en todo momento las moléculas». Y pone un ejemplo: «Los radicales libres no tienen el mismo número de electrones que los protones y son causantes del envejecimiento o de muchas enfermedades, como procesos degenerativos, porque robando partículas a sus vecinos”.

Su aplicación en un organismo podría ser mediante implantación, inyección o simplemente, en el caso del cerebro, a través de un casco que lo cubre y mide los campos eléctricos de las neuronas.

Qlab, la empresa surgida de esta investigación, está desarrollando otro concepto de sensor cuántico llamado laboratorio en chip, Mini dispositivos con funciones de laboratorio. es capaz de analizar una muestra de un microfluido corporal utilizando los mismos principios cuánticos y podría volverse nativo. En este caso, se mecanizaría una especie de canal de 100 nanómetros en el diamante para canalizar las micromuestras y proporcionar un resultado preciso similar a un análisis de sangre o una biopsia.

Con la financiación necesaria, que ya se está debatiendo para inversiones públicas y privadas, Prior confía en poder desarrollar prototipos semicomerciales de sensores cuánticos en cinco años. Además de estas balizas de precisión y medicina preventiva, la misma tecnología cuántica se puede aplicar para crear un resonador magnético nuclear que emite una señal específica cuando la frecuencia coincide con la del objeto que se analiza.

El campo cuántico es amplio y Prior cree que España, en colaboración con otras instituciones, tiene la oportunidad de desarrollar un área estratégica que ya es crucial y por la que están apostando los países de su entorno. Los dispositivos y la tecnología ya están disponibles y probados, falta el siguiente paso: la participación institucional y privada en una tecnología cuyas previsiones de crecimiento son de dos dígitos.

Otros avances

Hay muchos laboratorios en esta carrera por el control y uso de los estados cuánticos, en la que España puede luchar por una buena posición de salida. Según un estudio publicado en , un grupo de investigación liderado por el profesor Nobuhiro Yanai de la Universidad de Kyushu logró la coherencia cuántica (el mantenimiento de un estado) durante más de 100 nanosegundos a temperatura ambiente. Avances científicos. El descubrimiento fue posible gracias a un cromóforo, una molécula que absorbe la luz y emite color, en un organometálico (MOF).

“El MOF desarrollado es un sistema único que puede agregar cromóforos densamente. “Además, los nanoporos del cristal permiten que el cromóforo gire, pero en un ángulo muy limitado”, explica Yanai. Este descubrimiento también es relevante para las tecnologías de sensores. «Esto podría abrir las puertas a la computación cuántica molecular a temperatura ambiente, así como a la detección cuántica de diversos compuestos objetivo», afirma.

Kaden Hazzard, profesor de física y astronomía en la Universidad Rice y coautor de un estudio publicado en Física natural. El experimento pudo ampliar el comportamiento cuántico casi 30 veces (1,5 segundos) mediante el uso de temperaturas ultrafrías y longitudes de onda láser para crear una «trampa» que retrasa el inicio de la decoherencia.

«Si quieres fabricar nuevos materiales, nuevos sensores u otras tecnologías cuánticas, tienes que entender lo que sucede a nivel cuántico, y esta investigación es un paso hacia nuevos conocimientos», explica.

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