Foto: Los átomos de nitrógeno (azul) se incrustan en una celosía en forma de rombo.

Los campos magnéticos generados por el movimiento de la carga eléctrica que atraviesa nuestros nervios y tejidos musculares hacen vibrar al cuerpo humano. Y hace ya tiempo que los físicos son capaces de medir estas cargas mediante técnicas como el electrocardiograma, que ofrece la función cardíaca, y el electroencefalograma, que muestra la función cerebral.

Pero esos procesos generan sus propios campos magnéticos, los cuales podrían ser resultar útiles para diagnosticar enfermedades e incluso más. Los sensores magnéticos no necesitan entrar en contacto con la piel para funcionar, así que resultan útiles para medir señales procedentes de corazones fetales o de víctimas de quemaduras, por ejemplo.

Pero hay un problema. El campo magnético del cuerpo es diminuto, y detectarlo requiere sensores enormemente sensibles. Los únicos dispositivos disponibles capaces de hacerlo son los dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID, por sus siglas en inglés), que pueden medir los cambios de campos magnéticos en la escala del femtoTesla (10^-15). Para ello, han de ser enfriados hasta la temperatura del helio líquido, y las mediciones deben ser tomadas en cámaras apantalladas aisladas de los campos magnéticos externos.

Eso hace que sean muy caros. Un sistema de magnetocardiografía típico cuesta cerca de un millón de euros, frente al par de miles que cuesta un sistema de electrocardiografía.

Pero resulta que hay una tecnología que podría abaratar los costes. Se trata de los sensores de diamante, capaces de medir diminutos campos magnéticos a temperatura ambiente. La esperanza es que estos sensores abaraten los magnetocardiogramas y eliminen la necesidad de que los hospitales construyan caras salas especializadas para poder operarlos.

Los investigadores de la Universidad de Warwick (Reino Unido) Matthew Dale y Gavin Morley afirman que estos sensores ya están listos para revolucionar los análisis de campo magnético en la medicina diagnóstica y que hay una oportunidad de negocio importante.

Primero, un poco de contexto. En el centro de estos sensores de diamante se encuentra un dispositivo a escala atómica llamado centro nitrógeno-vacante o centro NV. Es un tipo de defecto en las celosías en forma de rombo que consta de un átomo de nitrógeno situado junto a una posición vacía.

Los centros NV tienen interesantes propiedades cuando aceptan un electrón y adquieren una carga negativa. El electrón puede ser configurado para emitir una luz roja que resulta fácil de detectar. La cantidad de luz que emite depende de la polarización del espín del electrón, y esta es altamente sensible a cualquier campo magnético externo.

Así que cualquier cambio de un campo magnético externo puede ser medido mediante la cantidad de luz emitida por un centro NV. Este proceso funciona a temperatura ambiente y los físicos lo han empleado para medir cambios de campo medidos en picoTesla (10^-12). Ahora, esperan aumentar la sensibilidad de la tecnología a en el futuro y tal vez incluso lograr que iguale a la de los SQUID.

Aunque actualmente son menos sensibles, los centros NV tienen otras ventajas frente a los SQUID. Para empezar, los sensores que utilizan centros NV siempre pueden acercarse más a la señal que los SQUID, que han de ser aislados debido a su gélida temperatura.

Y los sensores basados en diamantes pueden ser operados sin tener que estar aislados de los campos magnéticos externos. Esta cualidad se debe a que pueden ser utilizados en grupos, y las señales procedentes de los sensores más alejadas cancelan los efectos de cualquier campo externo no deseado.

Por supuesto, quedan algunos desafíos para que los sensores de diamante sean verdaderamente útiles. Uno es que el centro NV emite luz en todas direcciones, lo que complica su medición. Sin embargo, unos espejos cuidadosamente diseñados deberían ser capaces de atrapar la mayor parte de esta luz.

Otro es una tecnología rival llamada magnetómetros de metal alcalino que dependen de la capacidad de determinados tipos de átomos con espín polarizado para absorber la luz en función del campo magnético local. Estos dispositivos miden la cantidad de luz que pasa por un pequeño recipiente de gas atómico caliente.

No obstante, los sensores de diamante son dispositivos de estado sólido, por lo que probablemente serán más robustos que cualquiera de sus rivales. "Incluso si los magnetómetros de NV al final no superaran a los demás en la sensibilidad, podrían ofrecer importantes ventajas de robustez, coste y proximidad al sujeto", afirman Dale y Morley.

El mercado para magnetocardiógrafos probablemente será grande. Dale y Morley calculan que existen unos 100 sistemas de magnetocardiografía basados en SQUID en todo el mundo. Pero también hay unos 100.000 hospitales que podrían beneficiarse de otros enfoques más baratos. Los investigadores concluyen: "Calculamos que se podrían vender 100.000 sistemas de magnetocardiografía si ofrecen la misma funcionalidad que los existentes sistemas basados en SQUID y el precio se fija por debajo de los 150.000 euros".

Es un estudio interesante. El campo magnético del cuerpo está infrautilizado en medicina. Si Dale y Morley tienen razón, eso podría estar a punto de cambiar.

Ref: arxiv.org/abs/1705.01994: Medical Applications of Diamond Magnetometry: Commercial Viability