质子重离子治疗

上周，韩国量子能源中心（Q-Centre）爆出一个大新闻，他们宣布发现了首个常温常压下的超导材料LK-99。而且这一材料的制造方法非常简单，甚至可以在中学的化学实验室中完成制备。   就在两天前，华中科技大学常海欣课题组宣布合成并验证了LK-99的迈斯纳效应，并在视频网站哔哩哔哩上上传了相关试验视频。只是由于目前的样本量过少，尚无法完成电阻率的测定。常温常压下的超导可能真的要来了。   这项物理学上的突破看似离我们普通人还十分遥远，但其实与每个人都密切相关，因为现在应用超导技术最多的就是医疗领域。现在已经普及的MRI检查，以及价格高昂的质子重离子治疗，都可能因此降价。   MRI和质子重离子治疗或能降价   核磁共振（MRI）和质子重离子治疗都是医疗领域的尖端技术，一个是检查软组织的利器，一个是治疗肿瘤的神器（参考文章：30万的质子重离子放疗 vs. 5万的常规放疗，差异在哪？），而他们都要用到超导磁体： ● MRI通过超导磁体产生的强磁场让氢原子核发生磁共振，以此对软组织成像； ● 质子重离子治疗则要用超导磁体完成质子、重离子的加速、聚焦和定向。   质子重离子治疗仪结构，图中蓝色的都是超导磁体。1是加速器，2和3是治疗室 而这两项技术也都受到了当前超导技术的限制。以MRI为例，我们看到的MRI仪那个巨大的“空心圆筒”，就是真空隔热罩里先套一层液氮罐，再套一层液氦罐，超导线圈则在液氦里面保持4K（-269℃）的低温。 这种结构下，MRI仪的“筒壁”难以做薄，中间留给患者的空间也十分有限，胖一些的人或有幽闭恐惧症的人都很难做MRI检查。   MRI仪的机构 而且，用来给超导线圈降温的液氦是一种非常昂贵的不可再生资源，一台MRI一年运行下来，仅液氦的成本就要10~20万元。 更关键的是，中国还是一个极度贫氦国家，对液氦的进口依赖度高达97.5%，美国则掌握全球接近一半的氦气资源。如果国际形势发生变化，国内的MRI、质子重离子治疗等需要液氦的仪器设备恐怕都会受到影响。 如果能用常温常压超导材料制作MRI仪、质子重离子治疗仪所需的超导磁体，不但可以省掉每年消耗液氦的费用，超导线圈外厚厚的保温制冷结构也都可以去掉。届时MRI仪和质子重离子治疗仪的制造和使用都将更为方便。 悬浮病床预防褥疮 在魔术领域，人体悬浮术可以说是一个经典的魔术，魔术师绞尽脑汁通过各种隐藏的支撑制造出悬浮的假象。但如果有了室温超导材料，人体悬浮将不再是魔术，而成为现实。 这是因为组成人体70%的水分子是一种抗磁性分子，在磁场中无论是靠近N极还是S极都会受到微弱的排斥。 在1994年，物理学家Andre Geim就用一块20特斯拉的电磁铁（一般MRI中的磁场强度为1.5~3特斯拉）实现了青蛙的悬浮，并因此获得了2000年的搞笑诺贝尔物理学奖。（PS：10年后，Andre Geim凭借胶带撕石墨烯获得了真正的诺贝尔物理学奖）   青蛙磁悬浮   当然，人体比青蛙要沉的多，悬浮人体所需的磁场也比青蛙要大得多。但如果使用超导磁体的话，由于超导体本身也有完全的抗磁性，预计仅需2~3特斯拉的磁场强度就能实现人体的悬浮。 要是用这一技术制造一张病床，患者可以直接悬浮在上面，没有压迫，也不会长褥疮，这对长期卧床的患者及其护理人员来说，都将是一大福利。 其实，医学的每一次进步都和科学技术的发展密不可分。19世纪物理学家对放射性的研究，为医学带来了放疗和x光片，二战时对化学武器的研究为医学带来了化疗，近年来计算机技术的发展也让药物的筛选方便了很多。 这次的LK-99是否真的是常温常压超导材料，它又能给医学领域带来哪些改变，我们拭目以待。    

与外科结合应用，将大大提高肿瘤患者的预后和生存质量