Utilizzando un minuscolo dispositivo noto come antenna ottica, i ricercatori hanno creato un sensore a raggi X integrato all'estremità di una fibra ottica di poche decine di micron di diametro. Rilevando i raggi X su una scala spaziale estremamente ridotta, il sensore potrebbe essere combinato con le tecnologie di trasmissione di raggi X per consentire l'imaging medico ad alta precisione e le applicazioni terapeutiche.

"Vogliamo sviluppare questa tecnologia in modo che possa essere utilizzata in radioterapia, Per esempio, " ha detto Thierry Grosjean, dall'Istituto FEMTO-ST, Il Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica, Francia. "In particolare, il sensore potrebbe consentire una misurazione in tempo reale di quanta radiazione viene erogata a un tumore tramite endoscopia".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , i ricercatori dimostrano il loro nuovo sensore a raggi X utilizzando raggi X a bassa energia. Dicono che lo stesso principio dovrebbe funzionare con i raggi X ad alta energia utilizzati per applicazioni mediche come l'imaging e la radioterapia.

Controllo della luce

Come molte delle odierne applicazioni a raggi X, il nuovo sensore utilizza il rilevamento indiretto. Piuttosto che rilevare direttamente i raggi X, questo metodo utilizza uno speciale rivelatore chiamato scintillatore, che assorbe i raggi X e quindi emette luce che viene rilevata da una telecamera ottica.

Raggiungere il rilevamento indiretto di raggi X su piccola scala è impegnativo perché gli scintillatori emettono fotoni in tutte le direzioni. Ridimensionare gli scintillatori a una dimensione molto piccola significa che emetteranno pochissimi fotoni, rendendo quasi impossibile per la fotocamera catturare abbastanza fotoni con la giusta angolazione. I ricercatori si sono rivolti alle antenne ottiche per aiutare in questa sfida.

Poiché le antenne ottiche sono state utilizzate per controllare l'emissione di luce dalle molecole fluorescenti, i ricercatori pensavano di poter controllare anche la luce emessa dagli scintillatori. "Un'antenna ottica funziona in modo molto simile a un'antenna a radiofrequenza, offrendo un modo per interconnettere un emettitore con lo spazio libero, " ha detto Grosjean. "Abbiamo dimostrato che possono essere usati per controllare la direzionalità dell'emissione degli scintillatori".

Fabbricazione del sensore

Per realizzare il sensore di raggi X, i ricercatori hanno utilizzato un'antenna ottica per collegare una fibra ottica monomodale con un minuscolo gruppo di scintillatori. Hanno fabbricato l'antenna ottica, solo pochi micron di larghezza, sull'estremità della fibra e innestava il cluster scintillatore alla sua estremità. La luce emessa dagli scintillatori colpisce l'antenna e viene diretta nella fibra, dove viaggia verso un rivelatore ottico remoto. Questa configurazione tiene l'elettronica lontana dai raggi X, che protegge l'elettronica da danni dopo un uso ripetuto.

Sebbene la fabbricazione del sensore a raggi X richiedesse una camera bianca, i ricercatori hanno detto che non era un processo difficile o costoso. Attualmente stanno lavorando a procedure che potrebbero rendere ancora più semplice l'innesto degli scintillatori sull'antenna in fibra.

Dai loro esperimenti, i ricercatori hanno stimato che il sensore ha una risoluzione spaziale dell'ordine di 1 micron, che stanno lavorando per aumentare a circa 100 nanometri. Questa risoluzione migliorata consentirebbe al dispositivo di distinguere i componenti chimici nei materiali compositi utilizzando la punta della fibra per condurre la microscopia a scansione a raggi X a bassa energia.

Oltre ad espandere la tecnologia per lavorare con i raggi X ad alta energia necessari per le applicazioni mediche, i ricercatori stanno anche studiando se le antenne ottiche potrebbero consentire rilevatori di raggi X più veloci. Poiché è stato dimostrato che i dispositivi riducono il tempo tra l'assorbimento della luce e l'emissione di luce nei processi di fluorescenza, le antenne potrebbero anche ridurre il tempo tra l'assorbimento dei raggi X e l'emissione di luce all'interno degli scintillatori, creando così un modo più rapido per rilevare i raggi X.