06.11.2018 15:00:29
Источник: Владимир Королёв
университета ИТМОФизического института имени Лебедева РАН опубликовано
Передача сигналов в нейронах проявляет себя как очень слабый электрический ток — вдоль мембраны аксона распространяется потенциал действия, источником которого являются ионы натрия, проходящие через натрий-калиевые каналы. Величина этого тока чрезвычайно мала, но его можно зафиксировать с помощью специальных электродов. Как правило, из-за малого размера аксонов (десятки микронов в диаметре) сделать это довольно трудно, но есть и некоторые исключения. Например, гигантские аксоны жильного кальмара (Loligo forbesii) достигают толщины одного миллиметра. В 1950-х годах Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли измерили потенциалы и токи в них и построили математическую модель работы нейрона, за что им была присуждена Нобелевская премия по медицине.
Однако измерение тока с помощью электродов, вживляемых в аксон — инвазивный метод, влияющий на состояние нейрона. Активность нейронов можно попытаться измерить и бесконтактно, исследуя магнитное поле, возникающее вместе с током в аксонах. Его индукция колеблется от нескольких фемтотесла на расстоянии шести сантиметров до сотен пикотесла — на расстоянии миллиметра от аксона. Это чрезвычайно малые поля, в сотни тысяч раз слабее магнитного поля Земли и в десятки миллионов раз слабее поля магнита на холодильнике. Для их измерения требуются специальные методы, основанные на таких магнитных явлениях как гигантское магнетосопротивление, эффект Фарадея и оптически детектируемый магнитный резонанс в азотных вакансиях алмаза.
Азотная вакансия в алмазе представляет собой дефект в идеальной кристаллической решетке алмаза — один из атомов углерода в нем замещен на азот, а другой, соседний, попросту отсутствует. Эта система способна к флуоресценции — красному свечению под действием внешнего излучения. Однако из-за особенностей электронного строения вакансии, флуоресценция оказывается очень чувствительной к магнитным полям. В некоторых условиях, при наличии микроволнового (2,87 ГГц) магнитного поля флуоресценция будет затухать рядом с постоянным магнитным полем. Это позволяет очень точно измерять внешние магнитные поля.
2Ti4O12). В ее центр помещается образец наноалмазов с большим количеством азотных вакансий. По данным исследователей микроволновое магнитное поле было однородным в объеме нескольких кубических миллиметров алмаза-детектора.
В тестовом образце детектора ученым удалось достигнуть частоты синхронных поворотов электронных спинов (ответственных за магнитный резонанс) в 10
Чувствительность азотных вакансий в теории может быть близка к чувствительности сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИДов), самых чувствительных сенсоров магнитного поля из возможных. К тому же, алмазные сенсоры способны работать при комнатной температуре, в отличие от СКВИДов, которые требуется охлаждать жидким гелием. На практике сенсоры на основе азотных вакансий в алмазах уже достигли чувствительности менее одного пикотесла.
Ранее сообщалось, что на базе азотных вакансий в алмазе ученые из Гарвардского университета создали самый маленький в мире радиоприемник. По словам исследователей, в теории такому радиоприемнику достаточно для функционирования всего одной вакансии (двух атомов). Для подстройки принимаемой устройством частоты требуется внешний электромагнит.
Подробнее: http://www.jetpletters.ac.ru/ps/2199/article_32961...
((__lxGc__=window.__lxGc__||{'s':{},'b':0})['s']['_213621']=__lxGc__['s']['_213621']||{'b':{}})['b']['_651743']={'i':__lxGc__.b++}; Виктор UA6UAU SK 3 ноября 2018 Правительство запретило анонимное использование мессенджеров (window.smiq = window.smiq || []).push({});