Opfindelsen åbner døren til sikrere og billigere røntgenbilleder

Medicinsk billeddannelse, såsom røntgen eller computeriseret tomografi (CT), kan snart blive billigere og sikrere, takket være en nylig opdagelse lavet af kemikere fra National University of Singapore (NUS).

Professor Liu Xiaogang og hans team fra Institut for Kemi under NUS Fakultet for Naturvidenskab havde udviklet nye blyhalogenid perovskit nanokrystaller, der er meget følsomme over for røntgenbestråling. Ved at inkorporere disse nanokrystaller i fladskærms røntgenbilleder, holdet udviklede en ny type detektor, der kunne registrere røntgenstråler ved en strålingsdosis, der er omkring 400 gange lavere end den standarddosis, der bruges i den nuværende medicinske diagnostik. Disse nanokrystaller er også billigere end de uorganiske krystaller, der bruges i konventionelle røntgenbilledmaskiner.

"Vores teknologi bruger en meget lavere strålingsdosis til at levere billeder med højere opløsning, og den kan også bruges til hurtige, røntgenbilleder i realtid. Det viser et stort løfte om at revolutionere billedteknologi til medicin- og elektronikindustrien. For patienter, dette betyder lavere omkostninger til røntgenbilleder og mindre strålingsrisiko, " sagde prof Liu.

Holdets forskningsgennembrud var resultatet af et samarbejde med forskere fra Australien, Kina, Hong Kong, Italien, Saudi Arabien, Singapore og USA. Den blev først offentliggjort i online-udgaven af Natur den 27. august 2018, og der er indgivet patent på denne nye teknologi.

Nanokrystaller lyser vejen for bedre billeddannelse

Røntgenbilledteknologi har været meget brugt til mange applikationer siden 1890'erne. Blandt dets mange anvendelser er medicinsk diagnostik, hjemland sikkerhed, det nationale forsvar, avanceret fremstilling, nuklear teknologi, og miljøovervågning.

En afgørende del af røntgenbilledteknologi er scintillation, som er omdannelsen af ​​højenergi røntgenfotoner til synlig luminescens. De fleste scintillatormaterialer, der anvendes i konventionelle billeddannende anordninger, omfatter dyre og store uorganiske krystaller, som har lav lysemissionskonverteringseffektivitet. Derfor, de vil have brug for en høj dosis røntgenstråler for effektiv billeddannelse. Konventionelle scintillatorer produceres også normalt ved hjælp af en fast vækstmetode ved en høj temperatur, gør det svært at fremstille tynde, store og ensartede scintillatorfilm.

For at overvinde begrænsningerne ved nuværende scintillatormaterialer, Prof Liu og hans team udviklede nye blyhalogenid -perovskit -nanokrystaller som et alternativt scintillatormateriale. Fra deres eksperimenter, holdet fandt ud af, at deres nanokrystaller kan detektere små doser af røntgenfotoner og omdanne dem til synligt lys. De kan også indstilles til at lyse op, eller scintillat, i forskellige farver som reaktion på de røntgenstråler, de absorberer. Med disse egenskaber, disse nanokrystaller kunne opnå højere opløsning røntgenbilleder med lavere strålingseksponering.

For at teste anvendelsen af ​​blyhalogenid perovskit nanokrystaller i røntgenbilledteknologi, holdet erstattede scintillatorer af kommercielle flat-panel røntgenbilleder med deres nanokrystaller.

"Vores eksperimenter viste, at ved at bruge denne tilgang, Røntgenbilleder kan optages direkte ved hjælp af billige, bredt tilgængelige digitale kameraer, eller endda bruge kameraer af mobiltelefoner. Dette var ikke opnåeligt ved hjælp af konventionelle omfangsrige scintillatorer. Ud over, vi har også vist, at nanokrystalscintillatorerne kan bruges til at undersøge de interne strukturer af elektroniske kredsløb. Dette giver et billigere og meget følsomt alternativ til den nuværende teknologi, " forklarede Dr. Chen Qiushui, en stipendiat ved NUS Department of Chemistry og den første forfatter til undersøgelsen.

Brug af nanokrystaller som scintillatormaterialer kan også sænke omkostningerne ved røntgenbilleder, da disse nanokrystaller kan fremstilles ved hjælp af enklere, billigere processer og ved en relativt lav temperatur.

Prof Liu uddybede, "Vores oprettelse af perovskite nanokrystal scintillatorer har betydelige konsekvenser for mange forskningsområder og åbner døren for nye applikationer. Vi håber, at denne nye klasse af højtydende røntgenscintillatorer bedre kan imødekomme morgendagens stadig mere mangfoldige behov."

Næste skridt og kommercialiseringsmuligheder

For at validere udførelsen af ​​deres opfindelse, NUS-forskerne vil teste deres evner af nanokrystallerne i længere tid, og ved forskellige temperaturer og luftfugtighedsniveauer. Holdet søger også at samarbejde med industripartnere for at kommercialisere deres nye billedbehandlingsteknik.