Lämpötilakuvausta aineen sisältä

Lämpömittarit voivat tehdä monia asioita: Mutta "Kuinka mitata lämpötilaa ei-invasiivisesti elävän järjestelmän, kuten ihmisen, sisällä?" kysyy NISTin Thinh Bui.

Jos tutkijoilla olisi lämpökuvausjärjestelmä, joka pystyisi mittaamaan pieniä lämpötilan muutoksia korkealla avaruudellisella resoluutiolla valoa läpäisemättömien esineiden sisällä, se voisi mahdollisesti mullistaa lääketieteen ja valmistuksen.

Vastatakseen näihin tarpeisiin NIST-tutkijat työskentelevät kunnianhimoisessa projektissa nimeltä Thermal Magnetic Imaging and Control tai "Thermal MagIC".

Monivuotiseen hankkeeseensa liittyen tutkimusryhmä on juuri julkaissut paperin, joka kuvaa täysin heidän kuvausjärjestelmän lämpötilaherkkyyttä ja spatiaalista erottelukykyä, mikä on välttämätön askel kohti luotettavan "lämpökameran" valmistusta.

Thermal MagIC koostuu kahdesta yhdessä toimivasta järjestelmästä. Ensimmäinen osa koostuu itse antureista: nanometrin kokoisista palloista, joiden magneettiset signaalit muuttuvat lämpötilan mukaan. Nämä pienet hiukkaset, jotka on valmistettu rautaoksidista, uitettaisiin tutkittaviin nesteisiin tai kiinteisiin aineisiin.

Toinen osa on instrumentti, joka virittää pienet pallot magneettisesti ja lukee sitten niiden signaalin.

Yksi keskeinen osa signaalia, jonka tutkijat voivat poimia Thermal MagIC -järjestelmässään, on sen harmoniset. Tässä tapauksessa päätaajuus on nanohiukkasten tuottama sykkivä magneettinen signaali. Harmoniset ovat sykkiviä korkeataajuisia magneettisia signaaleja, jotka syntyvät järjestelmän materiaalien ja olosuhteiden mukaan. Eli lämpötilasta riippuen, jolle hiukkanen altistui, sen magneettiset harmoniset olisivat erilaisia.

Tässä tutkimuksessa tutkijat havaitsivat, että korkeampien harmonisten mittaaminen pienempien harmonisten sijaan antoi heille paremman avaruudellisen resoluution.

Tällä asetuksella he pystyivät arvioimaan lämpötilaerot vain 500 millikelvinin tarkkuudella vain 63 nanolitran tilavuudessa.

Seuraava suuri virstanpylväs on ensimmäinen mittaus lämpötilagradientin yli, mikä mahdollistaisi Thermal MagICin siirtymisen todelliseen lämpötilan kuvantamisjärjestelmäksi.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle