С тех пор, как Вильгельм Рентген открыл их в 1895 году, рентгеновские лучи стали основным продуктом медицинской визуализации. Фактически, всего через месяц после публикации знаменитой статьи Рентгена врачи в Коннектикуте сделали первый в истории рентгеновский снимок сломанного запястья мальчика. С тех пор был большой прогресс. Помимо рентгеновских снимков, которые большинство людей делали хотя бы один раз в своей жизни, сегодняшнее медицинское использование рентгеновских лучей включает рентгеноскопию, лучевую терапию при раке и компьютерную томографию (КТ), при которой выполняется несколько рентгеновских снимков тела под разными углами и затем объединяет их в компьютере для создания виртуальных «срезов» тела. Тем не менее, медицинская визуализация часто работает в условиях низкой экспозиции и, следовательно, требует экономичных детекторов с высоким разрешением, которые могут работать при так называемом «низком потоке фотонов». Поток фотонов просто описывает, сколько фотонов попадает в детектор в данный момент времени, и определяет количество электронов, которые он генерирует в свою очередь. Теперь ученые под руководством Ласло Форро из Школы фундаментальных наук разработали именно такое устройство. Используя использованную трехмерную аэрозольную струйную печать, они разработали новый метод производства высокоэффективных детекторов рентгеновского излучения, которые можно легко интегрировать в стандартную микроэлектронику для значительного улучшения характеристик медицинских устройств визуализации (ACS Nano, «Сверхчувствительный трехмерный перовскитовый рентгеновский фотоприемник с аэрозольной печатью»).  

Пример наплавленных столбов из перовскита, определяющих пиксель для создания изображения. (Изображение: Л. Форро, EPFL)

Новые детекторы состоят из графена и перовскитов, которые представляют собой материалы, состоящие из органических соединений, связанных с металлом. Они универсальны, их легко синтезировать, и они находятся на переднем крае широкого спектра применений, в том числе в солнечных элементах, светодиодных источниках света, лазерах и фотодетекторах. Аэрозольная струйная печать является довольно новой и используется для изготовления электронных компонентов, напечатанных на 3D-принтере, таких как резисторы, конденсаторы, антенны, датчики и тонкопленочные транзисторы, или даже для печати электроники на определенной подложке, например, на корпусе сотового телефона. Используя устройство для струйной печати аэрозолей в CSEM в Невшателе, исследователи напечатали слои перовскита на графеновой подложке. Идея состоит в том, что в устройстве перовскит действует как детектор фотонов и разрядник электронов, в то время как графен усиливает исходящий электрический сигнал. 

 Схематическое изображение метода аэрозольной струйной печати, разработанного в этом исследовании. Перемешиваемый раствор перовскита иодида свинца метиламмония фокусируется азотом (N2). Особенность материала заключается в том, что сформированные в полете нанокристаллы не растекаются по графеновой подложке, что позволяет создавать трехмерные архитектуры. (Изображение: Глушкова и др. ACS Nano) Исследовательская группа использовала перовскит иодида свинца метиламмония (MAPbI3), который в последнее время привлекает большое внимание из-за его захватывающих оптоэлектронных свойств, которые хорошо сочетаются с его низкой стоимостью изготовления. «Этот перовскит имеет тяжелые атомы, которые обеспечивают высокое сечение рассеяния для фотонов и делают этот материал идеальным кандидатом для обнаружения рентгеновских лучей», - говорит Эндре Хорват, химик исследовательской группы. Результаты были ошеломляющими. Этот метод позволил получить детекторы рентгеновского излучения с рекордной чувствительностью и четырехкратным улучшением по сравнению с лучшими в своем классе медицинскими устройствами визуализации. «Благодаря использованию фотоэлектрических перовскитов с графеном реакция на рентгеновские лучи значительно увеличилась», - говорит Форро. «Это означает, что если мы будем использовать эти модули в рентгеновской визуализации, необходимая доза рентгеновского излучения для формирования изображения может быть уменьшена более чем в тысячу раз, что снизит опасность для здоровья людей от этого ионизирующего излучения высокой энергии. ” Еще одно преимущество перовскит-графенового детектора состоит в том, что с его помощью легко формировать изображения. «Для этого не нужны сложные фотоумножители или сложная электроника», - говорит Форро. «Это может быть реальным преимуществом для развивающихся стран».

Источник