Des physiciens de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont développé une nouvelle génération de capteurs quantiques capables de mesurer des signaux biomagnétiques tels que l’activité cardiaque. Les chercheurs du projet phare DIAQNOS (DIAmond based Quantum sensing for NeurOSurgery), financé par le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l’Espace, ont démontré le potentiel de la technologie quantique pour de futures applications médicales. Pour y parvenir, les chercheurs du professeur Dr. Dmitry Budker – membre du cluster d’excellence PRISMA++ et de l’Institut Helmholtz de Mayence – utilisent des lacunes d’azote (NV, de l’anglais « Nitrogen Vacancy ») dans les diamants, comme ils le rapportent dans un article récent de la revue Science Advances. Muhib Omar, doctorant dans le groupe de Budker et auteur coordinateur de l’article, a développé le nouveau capteur quantique au cours de sa thèse de doctorat. Grâce à sa taille compacte et à sa capacité à fonctionner à température ambiante, ce capteur basé sur NV ouvre de nouvelles voies pour améliorer la mesure des signaux magnétiques provenant du cœur ou du cerveau. Il pourrait être utilisé pour la détection précoce et le traitement de maladies telles que la myocardite ou l’épilepsie.
Les centres NV sont de minuscules défauts dans le réseau de carbone des diamants. Ils se produisent lorsqu’il y a un défaut dans le réseau du diamant juste à côté d’un atome d’azote qui a été intégré dans le diamant au lieu d’un atome de carbone. En observant les niveaux d’énergie de ces centres, les chercheurs peuvent enregistrer avec une grande précision divers phénomènes physiques tels que les champs magnétiques ou électriques, la température et les contraintes mécaniques. «Ces résultats sont le fruit de plus de dix années de travail de développement», explique Arne Wickenbrock. « Nous travaillons en étroite collaboration avec des neurochirurgiens pour garantir que nos technologies ne restent pas en laboratoire, mais trouvent des applications claires. Notre objectif ultime est de développer des capteurs hautement sensibles qui fonctionnent également en dehors du laboratoire et peuvent remplir des tâches sociales importantes. »
Les chercheurs du projet DIAQNOS ont utilisé trois systèmes développés indépendamment par les partenaires JGU, l’Université de Stuttgart et l’Université de Fribourg, ainsi que par la start-up Q.ANT GmbH, pour mesurer le champ magnétique du cœur. Ce faisant, ils ont démontré que les technologies quantiques en Allemagne sont prêtes à franchir une étape importante dans les applications médicales et ont montré quelles améliorations sont encore nécessaires à cet effet. Le magnétomètre diamant NV à base de fibre développé par JGU a été conçu comme un endoscope transportable et fonctionne sans champ de polarisation magnétique. En revanche, les deux autres systèmes utilisent de tels champs pour filtrer les interférences magnétiques environnementales.
