Se bate el récord mundial del detector de rayos X más fino jamás creado
El nuevo detector de rayos X, muy sensible y con un tiempo de respuesta rápido, tiene un grosor de menos de 10 nanómetros y podría permitir algún día la obtención de imágenes en tiempo real de la biología celular
Científicos australianos han utilizado nanoplacas de monosulfuro de estaño (SnS) para crear el detector de rayos X más fino jamás fabricado, lo que podría permitir la obtención de imágenes en tiempo real de la biología celular.
Un laboratorio de Exciton Science en Melbourne, Australia.
Exciton Science/The University of Melbourne
Los detectores de rayos X son herramientas que permiten reconocer visual o electrónicamente la energía transportada por la radiación, como las imágenes médicas o los contadores Geiger.
El SnS ya ha demostrado ser un material muy prometedor para su uso en fotovoltaica, transistores de efecto de campo y catálisis.
Ahora, los miembros del Centro de Excelencia en Ciencia de Excitones del ARC, con sede en la Universidad de Monash y la Universidad RMIT, han demostrado que las nanohojas de SnS son también excelentes candidatas para su uso como detectores de rayos X blandos.
Su investigación, publicada en la revista Advanced Functional Materials, indica que las nanohojas de SnS poseen elevados coeficientes de absorción de fotones, lo que permite utilizarlas para fabricar detectores de rayos X blandos ultrafinos con alta sensibilidad y un tiempo de respuesta rápido.
Estos materiales resultaron ser incluso más sensibles que otro candidato emergente (las perovskitas de haluro metálico), ya que presentan un tiempo de respuesta más rápido que los detectores establecidos y son ajustables en cuanto a sensibilidad en toda la región de los rayos X blandos.
Los detectores de rayos X de SnS creados por el equipo tienen menos de 10 nanómetros de grosor. Para poner las cosas en perspectiva, una hoja de papel tiene un grosor de unos 100.000 nanómetros y las uñas crecen aproximadamente un nanómetro cada segundo. Hasta ahora, los detectores de rayos X más finos que se habían creado tenían entre 20 y 50 nanómetros.
Queda mucho trabajo por hacer para explorar todo el potencial de los detectores de rayos X de SnS, pero el profesor Jacek Jasieniak, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de Monash, autor principal del artículo, cree que es posible que algún día se puedan obtener imágenes en tiempo real de los procesos celulares.
"Las nanohojas de SnS responden muy rápidamente, en milisegundos", explica.
"Se puede escanear algo y obtener una imagen casi instantáneamente. El tiempo de detección dicta la resolución temporal. En principio, dada la alta sensibilidad y la alta resolución temporal, se podrían ver cosas en tiempo real.
"Se podría utilizar para ver las células mientras interactúan. No sólo se produce una imagen estática, sino que se podrían ver las proteínas y las células evolucionando y moviéndose con los rayos X".
¿Por qué son importantes unos detectores tan sensibles y receptivos? Los rayos X pueden dividirse en dos tipos: los rayos X "duros" son los que se utilizan en los hospitales para detectar huesos rotos y otras enfermedades.
Los rayos X "blandos" son menos conocidos, pero igual de importantes, ya que tienen una energía de fotones menor y pueden utilizarse para estudiar las proteínas húmedas y las células vivas, un componente crucial de la biología celular.
Algunas de estas mediciones tienen lugar en la "ventana del agua", una región del espectro electromagnético en la que el agua es transparente a los rayos X blandos.
La detección de rayos X blandos puede llevarse a cabo mediante un sincrotrón, un acelerador de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones de Suiza, pero el acceso a este tipo de infraestructura enormemente costosa es difícil de conseguir.
Los recientes avances en las fuentes láser de rayos X blandos que no son sincrotrón pueden permitir el diseño de sistemas de detección portátiles de menor coste, lo que supondría una alternativa accesible a los sincrotrones para los investigadores de todo el mundo.
Pero para que este enfoque funcione, necesitaremos materiales detectores de rayos X blandos que sean altamente sensibles a los rayos X de baja energía, que proporcionen una excelente resolución espacial y que sean rentables.
Algunos de los detectores de rayos X blandos existentes utilizan un mecanismo indirecto, en el que la radiación ionizante se convierte en fotones visibles. Este enfoque permite estudiar múltiples rangos de energía y frecuencias de cuadro, pero es difícil de preparar y ofrece resoluciones limitadas.
Los métodos de detección directa son más fáciles de preparar y ofrecen mejores resoluciones, porque el material del detector puede ser más fino que los enfoques indirectos.
Los buenos materiales candidatos necesitan un alto coeficiente de absorción de rayos X, que se calcula utilizando el número atómico de los átomos absorbentes, la energía incidente de los rayos X, la densidad y la masa atómica de un átomo.
Una masa atómica elevada y unos rayos X de baja energía favorecen una absorción elevada, y los rayos X blandos se absorben con más fuerza en los materiales finos que los rayos X duros.
Las películas de nanocristales y las escamas ferromagnéticas se han mostrado prometedoras como ciertos tipos de detectores de rayos X blandos, pero no están bien equipadas para manejar la región del agua.
Ahí es donde entran las nanoplanchas de SnS.
Uno de los autores principales, el Dr. Nasir Mahmood, de la Universidad RMIT, dijo que la sensibilidad y la eficacia de las nanohojas de SnS dependen en gran medida de su grosor y dimensiones laterales, que no son posibles de controlar mediante los métodos de fabricación tradicionales.
El uso de un método de exfoliación basado en metales líquidos permitió a los investigadores producir láminas de alta calidad y gran superficie con un grosor controlado, que pueden detectar eficazmente los fotones de rayos X blandos en la región del agua. Su sensibilidad puede mejorarse aún más mediante un proceso de apilamiento de las capas ultrafinas.
Representan importantes mejoras en la sensibilidad y el tiempo de respuesta en comparación con los detectores directos de rayos X blandos existentes.
Los investigadores esperan que sus hallazgos abran nuevas vías para el desarrollo de detectores de rayos X de próxima generación y alta sensibilidad basados en materiales ultrafinos.
El primer autor, el Dr. Babar Shabbir, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de Monash, dijo: "A largo plazo, para comercializar esto, necesitamos probar un dispositivo de muchos píxeles. En este momento no tenemos el sistema de imágenes. Pero esto nos proporciona una plataforma de conocimiento y un prototipo".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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