Микроскопических роботов научили вести прицельную охоту на опухоли

Восемь ионов кальция, передающих квантовую информацию.

Джеймс Максвелл, первый директор Кавендишской лаборатории в Кембридже, не мог знать о Большом взрыве (Big Bang) и даже о протонах с электронами, образующих атомы, слияние которых закончилось через три минуты после Big Bang. Новообразовавшаяся Вселенная быстро остыла, следствием чего стал космический фон (СМВ – Cosmic Microwave Background). Одно из важных свойств CMB – его анзиторопия (неравномерность): температура фона колеблется от 2 до 5 градусов по Кельвину. Тем не менее англичанин предложил четыре уравнения электродинамики, устанавливающих единство электричества и магнетизма в широком диапазоне вроде бы разных излучений. «Окошком» в этом диапазоне является видимый свет.

Максвелл занимался также цветным зрением – ярким примером взаимодействия кванта-фотона лучистой энергии с материей, то есть хромофором белка опсина. В результате возникает ионный импульс, идущий по нерву в мозг. Занимался он и термодинамикой, которая учит, что фотосинтез (еще один пример взаимодействия света и материи) представляет собой открытую систему, взаимодействующую со средой и потоком вещества на выходе.

Протоны и электроны имеют квантовый спин (spin), или поворотный момент вращения вокруг собственной оси (сравните: спиннинг, шпиндель, шпинель). Квантовая физика проявляет большой интерес к спинам как носителям информации и ее «кусочков» – битов (кубитов). Квантовые эффекты проявляются в вакууме, при низких температурах и на чрезвычайно малых расстояниях. Поэтому такой интерес представляют для физиков моноатомные, или 2D-слои.

В Шанхайском университете создали кристаллическую мембрану толщиной 19 микрометров (мкм), которая обладает повышенной фотонной эмиссией. Шанхайцы наблюдали около 100 излучателей из примеси эрбия (Er), показавших спектральную стабильность менее 0,2 MHz. При этом время оптической когерентности достигало 0,11 миллисекунд (мсек). Это приближает создание квантовых сетей, оперирующих непосредственно на телекоммуникационных частотах. Такие сети требуют эффективного контроля действия света на материю (твердое тело). Активно развивается специальное направление в физике – фотовольтаика, изучающее генерирование тока под действием света.

Геттингенский университет представил получение экситонов (электрон-дырочных пар) в 2D-слое диселенида вольфрама (WSe2), «увиденных» с помощью фотоэмиссионного микроскопа. А в университете Инсбрука создали квантовый процессор с «зафиксированными» ионами кальция. Информация хранится на восьми ионах, каждый из которых может пребывать в восьми состояниях, передавая их семи другим.

Гибридную квантовую систему с долгим временем когерентности уловленных электронов создали и в Токийском университете. Авторы разработки полагают, что им удалось так скооперировать электроны с ионами металлов, что можно обеспечить высокотемпературную сверхпроводимость.

Серые магнитные спиральки в межклеточном пространстве, перемещаемые в опухолевые клетки силовыми линиями магнитного поля (справа). Иллюстрации Physorg

Сегодня использование органики в квантовых системах может показаться очень далеким от практических воплощения и применения. Однако это не совсем так, достаточно вспомнить тот же фотосинтез и газообмен в организме.

Подтверждение пришло из цюрихского Политеха, где «соорудили» биороботов, используя магнитные спиральки, magnetospirillum magnericum, несущие в цитоплазме железосодержащие частицы. Именно они могут улавливать изменения в магнитном поле Земли.

Контроль поведения микробных клеток с помощью внешнего магнитного поля позволил авторам в четыре раза увеличить перемещение микророботов из сосуда в клеточные сфероиды, преодолевая барьер из клеток эндотелия, выстилающих сосуды изнутри. Микроскоп показал, что спиральки magneticum, управляемые извне, в 21 раз активнее при воздействии магнитного поля после внутривенного введения мышам, накапливаясь в перевитых грызунам опухолях. Тем самым достигается повышенная инфильтрация клеточных образований терапевтическими микророботами.