Nuovi materiali sviluppati presso l’Università del Surrey potrebbero aprire la strada a una nuova generazione di rilevatori di raggi X flessibili, con potenziali applicazioni che vanno dal trattamento del cancro a migliori scanner aeroportuali.
I risultati dello studio sono stati pubblicati su Advanced Science.
Raggi x Bendy: ecco come agiscono
Tradizionalmente, i rilevatori di raggi X sono realizzati in materiali pesanti e rigidi come il silicio o il germanio. I rilevatori nuovi e flessibili sono più economici e possono essere modellati attorno agli oggetti da scansionare, migliorando la precisione nello screening dei pazienti e riducendo il rischio durante l’imaging di tumori e la somministrazione della radioterapia.
Il dottor Prabodhi Nanayakkara, che ha guidato la ricerca presso l’Università del Surrey, ha dichiarato: “Questo nuovo materiale è flessibile, economico e sensibile. Ma la cosa interessante è che questo materiale è equivalente ai tessuti. Ciò apre la strada alla dosimetria dal vivo, cosa che semplicemente non è possibile con la tecnologia attuale.”
La maggior parte dei rilevatori di raggi X oggi disponibili sul mercato sono pesanti, rigidi, consumano energia e sono costosi se è necessario coprire una vasta area.
Le sostanze costituite da idrogeno e carbonio, note come semiconduttori organici, offrono una soluzione più flessibile, ma fino ad ora non consentivano di produrre un’immagine a raggi X così dettagliata come i rilevatori tradizionali.
Per risolvere questa sfida, gli scienziati dell’Advanced Technology Institute dell’Università del Surrey hanno creato dispositivi basati su un inchiostro aggiungendo piccole quantità di elementi ad alto numero atomico a un semiconduttore organico .
Basandosi sulla precedente ricerca del team in questo campo, il nuovo rilevatore si comporta più come il tessuto umano sotto i raggi X, il che potrebbe portare a nuove tecniche più sicure per la somministrazione di radioterapia, mammografia e radiografia.
Il professor Ravi Silva, direttore dell’Advanced Technology Institute del Surrey, ha dichiarato: “Questa nuova tecnologia potrebbe essere utilizzata in una varietà di contesti, come la radioterapia, la scansione di manufatti storici e negli scanner di sicurezza. L’Università del Surrey insieme alla sua spin-out SilverRay Ltd continua per aprire la strada ai rilevatori di raggi X flessibili: siamo lieti di vedere che la tecnologia mostra una reale promessa per una vasta gamma di usi.”
Il coautore, il professor Martin Heeney, dell’Imperial College di Londra, ha commentato: “Sviluppiamo analoghi pesanti dei tradizionali semiconduttori organici da qualche tempo e siamo rimasti incuriositi quando la dottoressa Imalka Jayawardena ha suggerito la loro applicazione nei rilevatori di raggi X. Questi risultati sono molto entusiasmante, soprattutto considerando che questo è stato il primo materiale studiato, e c’è ampio margine per ulteriori miglioramenti.”
I ricercatori dell’Università del Surrey hanno identificato le regole di progettazione chiave per realizzare rilevatori di raggi X curvi, avvicinando alla realtà i raggi X più chiari e sicuri.
Sebbene l’uso di detettori digitali a schermo piatto abbia consentito ai radiografi di esaminare i raggi X molto più rapidamente rispetto alle vecchie pellicole fotografiche sensibili ai raggi X e di effettuare diagnosi più rapide, gli schermi piatti sono inadatti alla forma complessa e alla geometria del corpo umano. La dipendenza esclusivamente dagli schermi piatti implica una distorsione inevitabile attorno ai bordi delle immagini.
I pannelli piatti impediscono inoltre una registrazione accurata della dose di raggi X erogata, una caratteristica fondamentale per consentire una radioterapia più sicura e ridurre al minimo i tumori secondari.
Gli sforzi per creare rilevatori flessibili finora non hanno avuto successo a causa delle caratteristiche fragili dei semiconduttori inorganici rigidi utilizzati per realizzarli. Una certa curvatura è stata ottenuta utilizzando uno strato più sottile di semiconduttore , ma ciò ha compromesso i livelli di prestazioni e ha prodotto immagini di scarsa qualità.
In uno studio pubblicato sulla rivista peer-reviewed Advanced Science , tuttavia, i ricercatori dell’Advanced Technology Institute dell’Università del Surrey, in collaborazione con l’Università di Bologna, il Laboratorio Nazionale di Fisica e l’Università di Sheffield, identificano le regole di progettazione per una classe speciale dei semiconduttori “inorganici in organici”. Regolando il peso molecolare dei semiconduttori organici sensibilizzati con nanoparticelle di ossido di bismuto per allungare le catene polimeriche , i ricercatori stanno aprendo la strada alla realizzazione di rilevatori digitali curvi più robusti con elevata sensibilità, o pellicole digitali.
Prabodhi Nanayakkara, autore principale dello studio e Ph.D. studente presso l’Università del Surrey, ha dichiarato: “Il nostro concetto di rilevatore curvo ha mostrato un’eccezionale robustezza meccanica e consente raggi di curvatura fino a 1,3 mm.
L’uso di semiconduttori organici o “inorganici in organici” è anche molto più conveniente rispetto ai semiconduttori inorganici convenzionali semiconduttori realizzati in silicio o germanio, che richiedono costosi metodi di crescita dei cristalli. Il nostro approccio offre potenzialmente un vantaggio commerciale significativo.”
Il professor Ravi Silva, direttore dell’Advanced Technology Institute del Surrey, ha dichiarato: “La tecnologia che stiamo dimostrando aiuterà a creare un nuovo e rivoluzionario rilevatore di raggi X ad alta sensibilità che è scalabile, grazie al design e ai materiali adottati. Questa tecnologia ha un enorme potenziale in applicazioni mediche e altri usi dei raggi X, quindi stiamo lavorando con una società spin-out, SilverRay, e speriamo di trasformare questa tecnologia nel rilevatore di raggi X preferito per rilevatori flessibili ad alta sensibilità, alta risoluzione e di grandi aree.”