Novedoso material centelleante produce imágenes de rayos X de mayor resolución con radiación ultrabaja

Los científicos de todo el mundo buscan constantemente centelleadores avanzados que ofrezcan una mayor sensibilidad a costos reducidos y procesos de fabricación más simples. Muchas de las posibles alternativas han implicado compuestos a base de plomo, que no sólo plantean problemas de toxicidad sino que también presentan problemas de estabilidad que limitan su viabilidad práctica. Actualmente, un equipo de investigación multidisciplinario participa activamente en el desarrollo de nuevos materiales de centelleo adaptados a aplicaciones de imágenes de rayos X. Estos materiales se iluminan o "centellean" al exponerse a los rayos X que los atraviesan. Los patrones de luz generados por estos materiales de centelleo dan como resultado la creación de imágenes que revelan detalles complejos requeridos de la muestra examinada.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST, Arabia Saudita) están explorando las capacidades de materiales sin plomo que exhiben estabilidad química, no presentan riesgos de toxicidad y pueden procesarse fácilmente. Sorprendentemente, los investigadores descubrieron la notable capacidad de respuesta a los rayos X de los haluros de organocobre, una clase de compuestos. Estos haluros de organocobre exhibieron características sobresalientes, incluido un alto rendimiento luminoso y un límite de detección impresionantemente bajo. En particular, uno de los principales desafíos técnicos que enfrentó el equipo fue integrar eficazmente estos nuevos materiales en pantallas de centelleo uniformes. Después de una extensa experimentación, combinaron con éxito estos haluros con un polímero orgánico, produciendo una pantalla de imágenes de rayos X con un nivel de centelleo extraordinario. Hasta ahora, esta pantalla tiene uno de los valores más altos reportados para materiales de centelleo basados en haluros metálicos orgánicos.

Imagen: Compuestos centelleantes menos peligrosos y más sensibles y ecológicos podrían mejorar en gran medida las tecnologías de imágenes de rayos X (Fotografía cortesía de KAUST)

En trabajos relacionados, los investigadores también desarrollaron otros compuestos centelleantes de haluros a base de cobre. Aprovechando sus descubrimientos, fabricaron dos tipos de centelleadores en nanobarras y nanopartículas. Estos materiales también exhibieron rendimientos ultra altos y una resolución de imágenes espaciales notablemente nítida. Esta resolución supera a los sistemas comerciales actualmente disponibles en un 150 % y muestra una homogeneidad notablemente mejorada en comparación con las pantallas construidas con otras mezclas de polímero y polvo. Otro logro significativo fue su capacidad para detectar rayos X a niveles excepcionalmente bajos: entre 55 y 92 veces más bajos que los estándares para los exámenes médicos típicos con rayos X. Este logro tiene el potencial de minimizar significativamente la exposición a los rayos X y los riesgos asociados para los pacientes, siempre que estos nuevos centelleadores puedan integrarse sin problemas en tecnologías comerciales establecidas. Además, la baja toxicidad inherente de estos compuestos sin plomo puede aumentar la seguridad de los trabajadores que participan en la producción y operación de pantallas.

Los investigadores lograron mejorar el rendimiento de los compuestos reduciendo el tamaño de las partículas centelleantes de micrómetros a nanómetros. Además, todos estos centelleadores demuestran una dispersión mínima de los rayos X incidentes y una autoabsorción de energía, desafíos que obstaculizaron los esfuerzos anteriores para desarrollar centelleadores viables. El grupo de investigación ahora tiene el objetivo de explorar el potencial comercial de sus avances y mostrar la aplicabilidad de sus hallazgos en escenarios de pruebas no destructivas, donde la transmisión de rayos X a través de materiales puede evaluar su integridad estructural e identificar posibles fallas. Además, su objetivo es abordar la compleja tarea de fabricar pantallas de área más grande, dimensionadas para adaptarse a aplicaciones del mundo real.

"Estas innovaciones pioneras con una resolución de imagen y un brillo excepcionales tienen el potencial de revolucionar las aplicaciones médicas, industriales y de seguridad, al tiempo que superan las limitaciones y los desafíos que enfrentaron intentos anteriores", afirmó Omar Mohammed, quien dirigió la investigación. "Basándonos en estos hallazgos, creemos que el futuro de la tecnología de rayos X parece más brillante y prometedor".

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