石墨烯-鈣鈦礦新型X射線探測(cè)器問世 大大提高醫(yī)療成像設(shè)備性能

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)17日消息，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員通過使用3D氣溶膠噴射打印，開發(fā)了一種生產(chǎn)高效X射線探測(cè)器的新方法。這種新型探測(cè)器可以很容易地集成到標(biāo)準(zhǔn)微電子設(shè)備中，從而大大提高了醫(yī)療成像設(shè)備的性能。研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)月刊《ACS Nano》上。

這種新型探測(cè)器是由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院福羅帶領(lǐng)的研究小組研發(fā)的，其由石墨烯和鈣鈦礦組成。利用瑞士電子學(xué)與微電子科技中心的氣溶膠噴射打印設(shè)備，研究人員在石墨烯基底上3D打印鈣鈦礦層。其想法是，在設(shè)備中，鈣鈦礦充當(dāng)光子探測(cè)器和電子放電器，而石墨烯則放大輸出的電信號(hào)。

此外，報(bào)道稱，研究人員使用了甲基碘化鉛鈣鈦礦，由于其引人入勝的光電性能以及低廉的制造成本，最近這種鈣鈦礦備受關(guān)注。

該研究小組的化學(xué)家恩德雷·霍瓦特說：“這種鈣鈦礦含有重原子，這為光子提供了高散射截面，因此使其成為X射線探測(cè)的完美候選材料。”

結(jié)果表明，這種方法生產(chǎn)的X射線探測(cè)器具有破記錄的高靈敏度——比同類最佳醫(yī)學(xué)成像設(shè)備提高了4倍。

“通過使用帶有石墨烯的光伏鈣鈦礦，對(duì)X射線的響應(yīng)大大增加。”福羅說，“這意味著，如果我們?cè)赬射線成像中使用這兩者的組合材料，成像所需的X射線劑量可以減少1000多倍，從而降低這種高能電離輻射對(duì)人體健康的危害。”

福羅說，鈣鈦礦-石墨烯探測(cè)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不需要精密的光電倍增管或復(fù)雜的電子設(shè)備，因此它讓醫(yī)學(xué)成像變得很簡(jiǎn)單。

報(bào)道稱，該項(xiàng)研究中使用的氣溶膠噴射打印技術(shù)是一種相當(dāng)新穎的技術(shù)，可用于制造3D打印的電子元件，如電阻、電容、天線、傳感器和薄膜晶體管，甚至還可在特定基材上打印電子產(chǎn)品，如手機(jī)外殼。

除了X光照片外，X射線醫(yī)療用途還包括透視、癌癥放射治療和電子計(jì)算機(jī)斷層掃描。而這種新型探測(cè)器易于合成，應(yīng)用領(lǐng)域更加前沿，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、LED燈、激光器和光電探測(cè)器等。

總編輯圈點(diǎn)

鈣鈦礦為人們熟知的應(yīng)用是制造超高效光伏電池，有時(shí)也在晶體管和LED照明等方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。不過，其還擁有一項(xiàng)非凡潛力——作為X射線探測(cè)器的材料。這是其優(yōu)異的載流子輸運(yùn)特性和重原子組成架構(gòu)決定的，相比現(xiàn)有的X射線成像儀，基于鈣鈦礦化合物的探測(cè)器更靈敏且功耗更低，它出色的電荷輸運(yùn)特性以及結(jié)構(gòu)特性，已經(jīng)被證明是實(shí)現(xiàn)直接X射線轉(zhuǎn)換的理想選擇。可以預(yù)料，在進(jìn)一步優(yōu)化后，未來X射線探測(cè)器的靈敏度更將輕松上升一個(gè)量級(jí)。(張佳欣)