Nowe detektory promieniowania rentgenowskiego przydadzą się nie tylko w medycynie

Powstał detektor promieniowania rentgenowskiego nowej generacji. Nadchodzi przełom w obrazowaniu komórek

Australijscy naukowcy stworzyli detektor promieniowania rentgenowskiego nowej generacji, potencjalnie umożliwiając obrazowanie komórek w czasie rzeczywistym.

Naukowcy z ARC Centre of Excellence in Exciton Science, działającego przy Monash University i RMIT University, wykazali, że siarczki cyny(II) (SnS) są doskonałymi kandydatami do zastosowania jako miękkie detektory promieniowania rentgenowskiego. Do tej pory stosowano je głównie w ogniwach fotowoltaicznych, tranzystorach czy katalizatorach. Wyniki badań opublikowano w Advanced Functional Materials.

Najczulsze detektory rentgenowskie

Okazuje się, że nanorurki SnS cechuje wysoki współczynnik absorpcji fotonów, co pozwala na wykorzystanie ich do wytwarzania ultracienkich detektorów promieniowania rentgenowskiego o wysokiej czułości i szybkim czasie reakcji. Ciekawe jest to, że nanorurki SnS są nawet czulsze od perowskitów.

Detektory rentgenowskie SnS stworzone przez australijskich uczonych mają grubość mniejszą niż 10 nanometrów (nm). Dla porównania – kartka papieru ma grubość około 100 000 nanometrów, a paznokcie rosną o jeden nm w każdej sekundzie. Dotychczas najcieńsze detektory promieniowania rentgenowskiego miały grubość 20-50 nm.

Nanosiatki SnS reagują bardzo szybko, w ciągu milisekund. Można coś zeskanować i uzyskać obraz niemal natychmiast. Czas detekcji dyktuje rozdzielczość. W zasadzie, biorąc pod uwagę wysoką czułość i wysoką rozdzielczość czasową, można być w stanie zobaczyć rzeczy w czasie rzeczywistym. To przyda się do oglądania komórek podczas ich naturalnych interakcji.

prof. Jacek Jasieniak z Monash University

Twarde i miękkie promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie X można podzielić na dwa rodzaje: twarde i miękkie promieniowanie rentgenowskie. Różnią się one zakresem długości fal i zastosowaniem. Twarde (długość fali 5-100 pikometrów) jest używane w szpitalach do prześwietlania ciał w poszukiwaniu złamań kości. Miękkie (długość fali 0,1-10 nm) może być wykorzystywane do badania białek i żywych komórek, co jest kluczowym elementem dla biologów. Niektóre z tych pomiarów odbywają się w tzw. oknie wodnym, czyli zakresie widma elektromagnetycznego, w którym woda jest przezroczysta dla miękkiego promieniowania rentgenowskiego.

Detekcja miękkiego promieniowania rentgenowskiego może być prowadzona przy użyciu akceleratorów cząstek (jak LHC). Niektóre ze stosowanych detektorów miękkiego promieniowania rentgenowskiego wykorzystują mechanizm pośredni, w którym promieniowanie jonizujące jest przekształcane w fotony widzialne. Takie podejście pozwala na badanie wielu zakresów energii, ale jest trudne do przygotowania i oferuje ograniczoną rozdzielczość. Bezpośrednie metody detekcji są tańsze i oferują lepszą rozdzielczość.

Dobre materiały wykorzystywane w tych detektorach muszą mieć wysoki współczynnik absorpcji promieniowania rentgenowskiego. Folie nanokrystaliczne i płatki ferromagnetyczne były obiecujące jako detektory miękkiego promieniowania rentgenowskiego, ale nie radzą sobie one z obsługą okna wodnego. I tu właśnie swój potencjał pokazują nanosiatki SnS.

Czułość i wydajność nanorurek SnS zależy w dużym stopniu od ich grubości i wymiarów bocznych, których nie da się kontrolować za pomocą tradycyjnych metod wytwarzania. Naukowcy mają nadzieję, że ich odkrycia otworzą drogę do rozwoju nowej generacji detektorów promieniowania rentgenowskiego.