Автор AZoNano 18 февраля 2021

С тех пор, как в 1895 году Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, они стали стандартом в медицинской визуализации.

Менее чем через месяц после публикации известной статьи Рентгена врачи из Коннектикута сделали первую в мире рентгенограмму сломанного запястья мальчика.

С тех пор было много разработок. Помимо рентгеновских снимков, которые у большинства людей были бы хотя бы раз в жизни, сегодняшние медицинские применения рентгеновских лучей включают компьютерную томографию (КТ), рентгеноскопию и лучевую терапию при раке, при которой многочисленные рентгеновские снимки тела снимаются под разными углами и впоследствии интегрируются в компьютер для создания виртуальных «срезов» человеческого тела.

Тем не менее, медицинская визуализация обычно работает в условиях низкой экспозиции, и, следовательно, требуются недорогие детекторы с высоким разрешением, которые могут работать в так называемом «низком потоке фотонов». Поток фотонов только объясняет количество фотонов, которые попадают в детектор в определенное время, и устанавливает количество электронов, которые, следовательно, производятся детектором.

Группа исследователей, возглавляемая Ласло Форро из Школы фундаментальных наук, разработала это устройство. С помощью трехмерной аэрозольной струйной печати исследователи создали новую технику для создания чрезвычайно эффективных детекторов рентгеновского излучения, которые можно легко встроить в типичную микроэлектронику для значительного повышения производительности медицинских устройств визуализации.

Эти новые детекторы состоят из графена, а также перовскитов – материалов, состоящих из органических соединений, прикрепленных к металлу. Детекторы универсальны, легко производятся и находятся в авангарде широкого спектра применений, таких как фотодетекторы, лазеры, светодиодные фонари и солнечные элементы.

Хотя аэрозольная струйная печать является довольно новой, она, тем не менее, используется для изготовления электронных компонентов, напечатанных на 3D-принтере, таких как тонкопленочные транзисторы, датчики, антенны, резисторы и конденсаторы, или для печати электроники на определенной подложке, для Например, сотовый телефон.

В CSEM в Невшателе исследователи использовали устройство для струйной печати аэрозолей, а затем напечатали слои перовскита на графеновой подложке на 3D-принтере. Идея состоит в том, что перовскит внутри устройства действует как разрядник электронов и как детектор фотонов, в то время как исходящий электрический сигнал усиливается графеном.

Исследователи использовали перовскит иодида свинца метиламмония (MAPbI ₃ ), который в последнее время вызвал большой интерес благодаря своим интригующим оптоэлектронным характеристикам, которые хорошо сочетаются с его минимальной производственной стоимостью.

Этот перовскит имеет тяжелые атомы, которые обеспечивают высокое сечение рассеяния фотонов и делают этот материал идеальным кандидатом для обнаружения рентгеновских лучей .

Эндре Хорват, химик, Школа фундаментальных наук, EPFL

Результаты были замечательными. С помощью новой техники были созданы детекторы рентгеновского излучения, которые не только обладали рекордной чувствительностью, но и в четыре раза превосходили самые лучшие медицинские устройства визуализации.

Благодаря использованию фотоэлектрических перовскитов с графеном, реакция на рентгеновские лучи значительно возросла. Это означает, что если мы будем использовать эти модули в рентгеновской визуализации, необходимая доза рентгеновского излучения для формирования изображения может быть уменьшена более чем в тысячу раз, что снизит опасность для здоровья людей от этого ионизирующего излучения высокой энергии .

Ласло Форро, Школа фундаментальных наук, EPFL

Еще одно преимущество перовскит-графенового детектора состоит в том, что его можно легко использовать для создания изображений.

« Ему не нужны сложные фотоумножители или сложная электроника. Это может быть реальным преимуществом для развивающихся стран », – заключил Форро .

Ссылка на журнал:

Глушкова А., и др. . (2021 год). Сверхчувствительный трехмерный перовскитовый рентгеновский фотоприемник с аэрозольной печатью. САУ Нано . doi.org/10.1021/acsnano.0c07993.

Источник: https://www.epfl.ch/en/[19459008visible