С момента своего открытия Вильгельмом Рентгеном в 1895 году рентгеновские снимки стали основным продуктом современной медицинской помощи, от визуализации зубов и сломанных костей до скрининга ранних признаков рака молочной железы.
Эта жесткость создала спрос среди исследователей и медицинского сообщества на скинтилляцирующие материалы, которые являются прочными, эффективными и гибкими. Однако прошлые попытки удовлетворить этот спрос пришлось пожертвовать долговечностью и эффективностью ради гибкости. Инновационная ткань из гибких неорганических волокон демонстрирует замечательные перспективы и может удовлетворить все три требования.
Новые результаты, опубликованные в журнале открытого доступа Science Advances, описывают новый, полностью неорганический, гибкий сцинтиллятор “метаткани”, который может похвастаться выходом в 10 раз выше, чем у предыдущих гибких сцинтилляторов на основе полимеров.
Эта ткань, разработанная Ли Сюй и ее командой из Гонконгского политехнического университета, может революционизировать то, как выполняется рентгеновская визуализация, и потенциально может обеспечить мониторинг здоровья и рентгеновскую защиту.
“Эта работа предлагает ранее неопределенную парадигму для стратегии проектирования сцинтилляторной системы, которая поддерживает высокую производительность неорганических сцинтилляторов, добавляя при этом функциональность соответствия гибкости и пригодности в качестве тканей”, – отметил Сюй.
Когда высокочастотные рентгеновские лучи поражают атомы в детекторе на основе сцинтилляции, они возбуждают электроны в материале, поднимая их до более высокого энергетического уровня. Когда электроны расслабляются и возвращаются в свое более низкоэнергетическое состояние, они повторно излучают эту энергию в виде видимых фотонов, которые затем подбираются фотодетектором, преобразуются в электрический сигнал, усиливаются и анализируются для формирования изображения.
До сих пор для достижения гибкости сцинтилляторы изготавливались либо из органических материалов с низким Z-номером, либо из полимеров, встроенных в неорганические нанопороши. Оба этих подхода менее эффективны, чем жесткие сцинтилляторы, изготовленные из таких материалов, как оксидсульфид гадолиния, допированных тербием (Gd2O2S:Tb) и перовскиты (CaTiO3).
Для достижения прорывной конструкции и преобразования в остальном жестких синтиллаторов в гибкие формы ткани исследователи использовали процесс, известный как электропрядение золь-геля, который (как следует из названия) использует электрическое поле для вытягивания и растяжения гелево-кристаллической смеси в удивительно тонкие нити неорганических волокон.
Этот подход превратил хрупкие неорганические стинтиллаторы в метаткань, которая называлась X-Wear, которую можно сплести в различные формы и размеры. Ткань также «дышат» и может быть легко интегрирована в носимую технологию.
Это исследование в первую очередь продемонстрировало доказательство концепции дизайна команды. Однако его интеграция с гибкими фотодетекторами еще не реализована. Другие потенциальные ограничения включают безопасность материала для прямого содержания кожи и его экономическую эффективность для крупномасштабного производства.
Однако, если он реализован, его потенциальные области применения включают в себя носимую рентгеновскую визуализацию для медицинской диагностики, мобильные медицинские платформы для рентгеновской визуализации на ходу, визуальный мониторинг радиации в опасных средах и радиационную защиту, интегрированную в удобную одежду.