Danske fysikere udnytter superposition-trick til at spotte kræft
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Danske fysikere udnytter superposition-trick til at spotte kræft

Om to år forventer fysikere fra DTU at være klar med første version af en slags kvantemekanisk diamantsensor, der kan tælle kræftceller i kroppen.

Sensoren har potentiale til at blive et centralt redskab i kræftbehandlingen på danske hospitaler. I dag har læger nemlig svært ved at vurdere om en behandling virker, og hvor effektiv den er. Men det kan DTU-sensoren lave om på.

»Med traditionelle teknikker er det næsten umuligt at fastslå, om en kræftbehandling har været 100 eller 99,9 procent effektiv. Forskellen kan have store konsekvenser, fordi man risikerer, at selv et lille antal overlevende kræftceller spreder sig i kroppen. En kvantemekanisk diamantsensor vil være så følsom, at vi kan finde selv ganske få kræftceller blandt en stor mængde raske celler,« siger lektor Alexander Huck, DTU Fysik i en pressemeddelelse.

Idéen til sensoren har rod i viden fra 90’erne om, at diamanter kan bruges som magnetfeltsensorer. Og den viden er så splejset med ny viden om biomarkører og kvantemekaniske fænomener.

Første skridt: Magnetiser cellerne

Til at begynde med skal biomarkører sendes ind i patienten. Det er en kendt metode, hvor man får markørerne til at binde sig til kræftceller. I dette tilfælde er biomarkørerne magnetiske og dermed bliver kræftcellerne det også. Men magnetfeltet er så utrolig svagt, at det i praksis er stort set umuligt at måle. Og her er den store udfordring.

»Det mest kendte eksempel på en magnetfeltsensor er et kompas. Kompasset er jo følsomt over for Jordens magnetfelt. Det reagerer på forskelle i størrelsesordenen 30-40 mikrotesla. De forskelle, som vi interesserer os for i forbindelse med cancerdiagnostik, er i størrelsesordenen et par snese nanotesla,« siger lektor Alexander Huck.

Når diamanten belyses med grønt lys, udsender den en rød stråle, som varierer i lysstyrke alt efter magnetfeltet. (Foto: DTU)

Med andre ord skal en sensor have tusinde gange så høj følsomhed som et almindeligt kompas.

Andet skridt: Lav superposition i diamant

Til at løse den udfordring fremstiller DTU-forskerne diamanter med små defekter i. Defekterne består i, at et kulstofatom er erstattet af et nitrogenatom. Den lille ændring får huller til at opstå i gitteret af kulstofatomer. Ved at opvarme diamanten til 800 grader får forskerne hullerne til at bevæge sig gennem diamanten og samle sig ved nitrogenatomer. På den måde opstår et slags hul i strukturen, som forskerne kalder et nv-center (nitrogen vacance).

Når forskerne lyser på diamanten, er effekten, at lys fra den grønne del af spektret bliver absorberet, så der kun bliver udsendt rødt lys. Men en meget væsentlig detalje er, at styrken af det røde lys afhænger af et elektronspin i centret af diamanten. Og på DTU har forskerne skabt en superposition i diamanten, så elektronspinnet både er op og ned samtidig.

Superpositionen kan udnyttes som sensor, da elektronspinnet er meget følsomt overfor ændringer i magnetfeltet.

»Vi kan så og sige måle antallet af magnetiske kræftceller ved at se på ændringerne i det røde lys diamanten udsender,« siger Alexander Huck til Ingeniøren.

Overvejer at starte sensor-firma

Ifølge Alexander Huck er metoden oplagt til brug i forbindelse med medicinske skanninger.

»I modsætning til eksempelvis elektriske felter, som forstyrres betydeligt af mødet med væv, blod og knogler, er magnetfelter stort set upåvirkede,« siger han.

Planen for fremtiden er at gøre en prototype klar og skabe en virksomhed omkring produktet eller samarbejde med en medicoteknisk partner.