研究人员开发了一种基于光的技术，用于测量非常弱的磁场，例如当神经元在大脑中发射时产生的磁场。廉价且紧凑的传感器可以提供目前用于绘制大脑活动的磁共振成像(MRI)系统的替代方案，而无需MRI机器所需的昂贵的冷却或电磁屏蔽。

　　“便携式，低成本的脑成像系统可以在无屏蔽环境中在室温下操作，可以在运动场和爆炸区对大脑的影响可能是灾难性的冲突区域之后进行实时大脑活动测绘。 “图森亚利桑那大学的研究员Babak Amirsolaimani说。

　　正如光学学会(OSA)期刊Optics Letters所详述的那样，研究人员利用光纤和新开发的对磁场敏感的聚合物 - 纳米粒子复合材料制造了磁传感器。传感器可以检测到大脑的磁场，这个磁场比地球的磁场弱1亿倍。

　　研究人员还表明，新型传感器可以检测出人体心跳的弱磁性模式，并且能够检测到每微秒从小至100平方微米的区域变化的磁波动。

　　“传感器的全光学设计意味着它可以在硅光子芯片上低成本制造，从而可以生产出几乎与传感器的10微米直径光纤一样小的系统，”Amirsolaimani说。“然后可以将多个传感器一起使用，以提供高空间分辨率的大脑映射。”

　　新的传感器可以帮助科学家更好地了解大脑的活动和大脑疾病，如痴呆症和老年痴呆症。它们也可用于测量用于预测火山爆发和地震的磁场，识别用于挖掘的石油和矿物以及探测军用潜艇。

　　光学的磁场检测

　　用于检测弱磁场的光学方法利用了以下事实：磁场引起光的偏振旋转，旋转程度取决于光通过的材料。研究人员开发出一种新型复合材料，由分散在聚合物中的纳米颗粒制成，当存在非常弱的磁场时，该复合材料可在光线下产生可检测的偏振旋转。

　　他们选择了基于磁铁矿和钴的纳米颗粒，因为这些材料具有非常高的磁敏感性。然后，他们优化了纳米粒子的尺寸，间距和涂层，以产生对磁场极其敏感的复合材料。

　　研究人员使用光学干涉仪检测到偏振旋转。这通过将激光分成两个路径来工作，其中一个路径穿过高灵敏度材料而另一个路径不穿过。检测并比较每个光路的偏振以测量非常小的磁场中的波动。

　　当检测到弱磁场时，噪声很容易掩盖被检测的信号。出于这个原因，研究人员使用干涉仪设置，消除周围环境影响，如振动和温度波动。这种设置使噪声水平非常接近光学设计的理论极限，这对于检测非常弱的磁场是关键。

　　研究人员使用传感器测量人体心跳过程中产生的电脉冲产生的磁场。他们能够检测到具有高对比度的清晰磁信号，证明了该技术作为心电图或ECG的简单替代品的潜力，通常用于检测心脏问题。

　　接下来，研究人员计划研究传感器的长期稳定性以及它们如何抵抗环境变化。他们还想制造数百个传感器，以制作一个评估和成像人类大脑整个磁场的系统。