Sensor quântico detecta assinatura magnética do coração humano

Sensor quântico detecta assinatura magnética do coração humano: O avanço da tecnologia dos sensores, agora capazes de detectar os campos magnéticos do corpo, pela primeira vez abre a área do chamado magnetismo humano à pesquisa científica rigorosa.

Pesquisadores norte-americanos e alemães construíram um sensor capaz de registrar a assinatura magnética do coração humano.
Apesar de vários exames médicos de ponta conterem o termo "magnético" em seu nome, isto se refere principalmente à própria tecnologia usada para criar imagens do corpo humano, e não a uma "leitura" do magnetismo gerado pelo corpo humano.
Este foi o primeiro o estudo a ser realizada em condições semelhantes a um estudo clínico usando minissensores magnéticos de última geração, cuja utilização até agora tem-se restringido aos laboratórios de física.
Os cientistas do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) e do Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha acabam de divulgar os resultados do estudo na revista científica Applied Physics Letters.
Magnetismo do coração
Nos experimentos, o sensor foi colocado cinco milímetros acima do lado esquerdo do peito de uma pessoa deitada de barriga para cima sobre uma cama.
O sensor conseguiu detectar o tênue, mas regular, padrão magnético gerado pelo bater do coração.
A comparação dos sinais captados com o monitoramento feito simultaneamente pelos exames tradicionais confirmou que o minissensor não apenas mede corretamente os batimentos cardíacos, como também identifica outras características do sinal, fornecendo um resultado mais rico.
Os cientistas afirmam que os resultados comprovam que os minissensores podem ser usados para fazer magnetocardiogramas, um novo tipo de exame que poderá complementar ou se tornar uma alternativa aos eletrocardiogramas.
O estudo também demonstrou pela primeira vez que os sensores magnéticos possuem a estabilidade necessária para a realização da magnetorelaxometria (MRX), uma técnica emergente que mede o decaimento da magnetização de nanopartículas magnéticas.
A MRX está sendo utilizada inicialmente para localizar, quantificar e fotografar nanopartículas magnéticas inseridas no tecido biológico para aplicações médicas, as chamadas drogas inteligentes, que se dirigem a um alvo específico dentro do organismo - para matar células tumorais sem afetar as células sadias, por exemplo.
Sensor magnético
Os novos experimentos foram realizados em um laboratório na Alemanha que possui a melhor blindagem magnética do mundo, necessária para bloquear o campo magnético da Terra e outras fontes externas, que podem interferir com as medições de alta precisão.
Isto foi necessário porque, para checar o funcionamento preciso do minissensor, os cientistas usaram um sensor quântico, o detector de magnetismo mais preciso do mundo, chamado SQUID (Superconducting Quantum Interference Device).
O SQUID, contudo, exige um enorme aparato de laboratório, e ele só funciona em temperaturas criogênicas, de -269 graus Celsius.
Já o novo microssensor magnético agora testado funciona em temperatura ambiente.
O microssensor também se enquadra na categoria de sensor magnético atômico. Em seu interior há um pequeno recipiente contendo cerca de 100 bilhões de átomos do elemento químico rubídio, na forma de gás.
Um laser de baixa potência avalia continuamente as variações nessa nuvem atômica geradas pelo campo magnético que está sendo medido, neste caso, o campo magnético do coração batendo.
Sua precisão está na faixa dos picoteslas - 1 picotesla equivale a 1 bilionésimos de um Tesla. Tesla é a unidade que define a intensidade de um campo magnético. Para comparação, o campo magnético da Terra, que permite do funcionamento das bússolas, é 1 milhão de vezes mais forte do que o campo magnético gerado pelo bater do coração humano.
Magnetismo humano
O experimento é um marco significativo porque, embora os cientistas saibam há muito tempo que o corpo humano gera seus próprios campos magnéticos, o chamado magnetismo humano, ou magnetismo animal, tem-se restringido a formulações esotéricas, nas quais o desejo de crer de alguns se alia à vontade de fazer seguidores de outros, resultando em práticas sem fundamentação, de cunho religioso.
O avanço da tecnologia dos sensores, que agora estão se tornando capazes de detectar os campos magnéticos do corpo humano com precisão suficiente, pela primeira vez abrem o campo à pesquisa científica rigorosa.
Da mesma forma que os sensores baseados em eletricidade estão permitindo o desenvolvimento de interfaces neurais, capazes de controlar o movimento atuando diretamente sobre o cérebro, controlando convulsões epilépticas, por exemplo, espera-se que, ao dominar as técnicas de medição e interferência com os campos magnéticos humanos, os cientistas criem campos totalmente novos, não apenas de exames clínicos, mas também de tratamentos terapêuticos.
Recentemente, pesquisadores demonstraram que um campo magnético no cérebro muda o julgamento moral das pessoas. Outro estudo usou omagnetismo para diagnosticar o estresse pós-traumático.

Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética

Alguns elementos químicos, como o mercúrio, o chumbo e as ligas à base de nióbio, são capazes de conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas quando submetidos a baixíssimas temperaturas - na ordem de menos 270 graus Celsius.

São os chamados supercondutores.

Tal propriedade permitiu odesenvolvimento de poderosos eletroímãs usados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, espectrômetros de massa, aceleradores de partículas, trens de levitação magnética e redes inteligentes capazes de transportar energia elétrica com maior eficiência.

A aplicação dessa tecnologia, no entanto, é limitada pela dificuldade e pelo custo do resfriamento extremo, geralmente feito com hélio ou nitrogênio líquido.

A busca de materiais capazes de se comportar como supercondutores em temperatura ambiente, portanto, tem mobilizado cientistas de todo o mundo, entre eles Yakov Kopelevich, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

"O máximo que já se conseguiu no meio acadêmico foi fazer um supercondutor funcionar em torno de menos 100 graus Celsius. Se realmente encontrarmos um supercondutor que funcione em temperatura ambiente, o mundo vai mudar," profetizou Kopelevich.

Grafite suas faces supercondutora e ferromagnética

Devido aos custos de instalação e manutenção, o maior cabo supercondutor do mundo, instalado na Alemanha, tem pouco mais de 1 km de extensão. [Imagem: Nexans]

Grafite supercondutor

Em 1999, Kopelevich observou evidências de supercondutividade no grafite - mineral composto por átomos de carbono - em uma faixa de temperatura que vai de menos 271 até 27 graus Celsius positivos.

"A grande dificuldade é que, embora existam características supercondutoras no grafite, elas se encontram somente em alguns locais do material. Precisamos achar meios de extrair esses elementos e potencializar o fenômeno. Não é uma tarefa simples, mas já encontramos um caminho para realizá-la," disse Kopelevich.

O pesquisador vem trabalhando com um método conhecido como dopagem eletrostática, que consiste em aplicar um campo elétrico sobre o material para forçar a redistribuição da carga elétrica na superfície.

"A ideia é trazer mais elétrons, que são os portadores de eletricidade, para a superfície do grafite. Aumentando a densidade de elétrons na superfície do material é possível induzir a supercondutividade", explicou.

Segundo Kopelevich, o Brasil possui uma das maiores e melhores reservas mundiais de grafite no Estado de Minas Gerais. "Se alcançarmos nosso objetivo, o Brasil será o melhor lugar para produzir supercondutores de grafite", afirmou.

Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética

O magnetismo inesperado do grafite entusiasmou pesquisadores da área da spintrônica. [Imagem: Kees Flipse]

Ferromagnetismo no grafite

Embora sua principal linha de pesquisa seja no campo da supercondutividade, Kopelevich também se dedica a buscar meios de potencializar outra propriedade observada no grafite: o ferromagnetismo.

Nesse caso, o fenômeno também está concentrado em algumas partes do material, mas a oxidação do mineral amplia o efeito. "Para isso, basta transformar o grafite em pó e expor ao oxigênio," disse.

O ferromagnetismo é importante para a produção de ímãs de diversos tipos - desde aqueles usados em geladeiras, como também os de motores, equipamentos eletrônicos, peças de computador, geradores e transformadores de energia.

Há seis elementos naturais com propriedades ferromagnéticas e somente três que funcionam em temperatura ambiente: ferro, cobalto e níquel, explicou Kopelevich.

"Acreditava-se que esse fenômeno só era possível em elementos pesados, mas o carbono é um elemento leve. Se conseguirmos potencializar sua propriedade ferromagnética, isso terá implicações enormes, por exemplo, na área de aviação e de exploração espacial," afirmou.

Kopelevich realiza as pesquisas com uma forma ultrapura do material, chamado grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), mas acredita que a supercondutividade também pode ser induzida na forma desordenada ou amorfa, significativamente mais barata.

"Com o método da dopagem eletrostática qualquer grafite pode apresentar essa propriedade", disse.

o grafite é uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras são o diamante e o fulereno. O mineral é composto por múltiplas camadas de átomos de carbono - cada um desses planos é conhecido como grafeno.

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LEVITAÇÃO MAGNÉTICA

demonstração de anti-gravidade

O comportamento dos ímãs parece estranho porque estamos acostumados a ver ímãs grudando (ou não) nas coisas. E se você jogar um ímã dentro de um tubo de metal, ele não deveria simplesmente ficar grudado em seu interior?
Não se o tubo for feito de um metal não magnético, como o cobre usado nas demonstrações acima. Uma geladeira de cobre não seguraria seus ímãs. Aliás, embora nossa experiência cotidiana nos dê a impressão de que quase todos metais seriam magnéticos, na verdade a maioria dos metais não é. O que ocorre é que um dos poucos metais magnéticos é um muito comum e útil. É, claro, o ferro. Quase todas as ligas feitas com materiais magnéticos também são magnéticas, daí porque o aço (liga de ferro e carbono) também geralmente grudará em ímãs, ou vice-versa.
De volta à “anti-gravidade”. O cobre não é um metal magnético, mas é um condutor. E campos magnéticos variáveis em um condutor geram correntes induzidas. Que por sua vez induzem campos magnéticos, que por sua vez serão contrária à variação do campo magnético original. Esta, senhoras e senhores, é a Lei de Lenz.
Em outras palavras, o ímã auto-induz um campo magnético que desacelera sua queda.
Isto ocorre com qualquer condutor, incluindo alumínio, e qualquer mudança no campo magnético, quer ela seja devido ao ímã ou ao condutor em movimento. Assim, se você deixar um bloco de alumínio cair perto do campo magnético extremamente intenso de um aparelho de ressonância magnética, você pode presenciar este fenômeno:

Note que é um bloco de alumínio. Se fosse de ferro ou aço, isto é, um metal ou liga magnéticos, as pessoas no vídeo provavelmente não estariam mais vivas, ou teriam dedos.
Um comentário final. Este autor, cético sobre ufologia, não pode resistir comentar. Nos anos 1950, entre aqueles que diziam conversar com seres extraterrestres loiros vindos de Vênus e outros planetas, era comum explicar a propulsão dos discos voadores com idéias e termos pseudocientíficos como rebimbocas da parafuseta. Mesmo hoje isto é comum.
Mas nos anos 1950, isso não raro significava dizer que os discos voadores voavam produzindo campos magnéticos incrivelmente intensos que repeliam o magnetismo natural terrestre. Mesmo no espaço funcionaria assim – ainda que vários planetas e satélites não tenham campos magnéticos naturais. Ainda assim, mesmo hoje, sugerir isso não é tão incomum.
Agora, ignore por um momento o que um campo magnético ordens de magnitude mais intenso que os de aparelhos de ressonância magnética fariam com pedaços de ferro e aço soltos por aí. Agora que você conhece, imagine o que a Lei de Lenz faria com um desses campos magnéticos movendo-se a milhares de quilômetros por hora. Seria provavelmente algo bem… interessante de assistir.