Imaging medico, come la radiografia o la tomografia computerizzata (TC), potrebbe presto essere più economico e più sicuro, grazie a una recente scoperta fatta da chimici della National University of Singapore (NUS).

Il professor Liu Xiaogang e il suo team del Dipartimento di Chimica della Facoltà di Scienze della NUS hanno sviluppato nuovi nanocristalli di perovskite ad alogenuri di piombo altamente sensibili all'irradiazione dei raggi X. Incorporando questi nanocristalli in imager a raggi X a schermo piatto, il team ha sviluppato un nuovo tipo di rilevatore in grado di rilevare i raggi X a una dose di radiazioni circa 400 volte inferiore alla dose standard utilizzata nell'attuale diagnostica medica. Questi nanocristalli sono anche più economici dei cristalli inorganici utilizzati nelle macchine di imaging a raggi X convenzionali.

"La nostra tecnologia utilizza una dose di radiazioni molto più bassa per fornire immagini a risoluzione più elevata, e può essere utilizzato anche per rapide, imaging a raggi X in tempo reale. Mostra una grande promessa nel rivoluzionare la tecnologia di imaging per le industrie mediche ed elettroniche. Per i pazienti, questo significa un minor costo dell'imaging a raggi X e un minor rischio di radiazioni, ", ha detto il prof Liu.

La svolta nella ricerca del team è stata il risultato di uno sforzo collaborativo con ricercatori australiani, Cina, Hong Kong, Italia, Arabia Saudita, Singapore e Stati Uniti. È stato pubblicato per la prima volta nell'edizione online di Natura il 27 agosto 2018, ed è stato depositato un brevetto per questa nuova tecnologia.

I nanocristalli illuminano la strada per un imaging migliore

La tecnologia di imaging a raggi X è stata ampiamente utilizzata per molte applicazioni sin dal 1890. Tra i suoi molti usi ci sono la diagnostica medica, sicurezza nazionale, difesa nazionale, produzione avanzata, tecnologia nucleare, e monitoraggio ambientale.

Una parte cruciale della tecnologia di imaging a raggi X è la scintillazione, che è la conversione di fotoni di raggi X ad alta energia in luminescenza visibile. La maggior parte dei materiali scintillatori utilizzati nei dispositivi di imaging convenzionali comprendono cristalli inorganici costosi e di grandi dimensioni che hanno una bassa efficienza di conversione dell'emissione di luce. Quindi, avranno bisogno di una dose elevata di raggi X per un'imaging efficace. Anche gli scintillatori convenzionali vengono solitamente prodotti utilizzando un metodo di crescita solida ad alta temperatura, rendendo difficile la fabbricazione sottile, film scintillatori grandi e uniformi.

Per superare i limiti degli attuali materiali scintillatori, Il professor Liu e il suo team hanno sviluppato nuovi nanocristalli di perovskite ad alogenuri di piombo come materiale scintillatore alternativo. Dai loro esperimenti, il team ha scoperto che i loro nanocristalli possono rilevare piccole dosi di fotoni a raggi X e convertirli in luce visibile. Possono anche essere sintonizzati per illuminare, o scintillare, in diversi colori in risposta ai raggi X che assorbono. Con queste proprietà, questi nanocristalli potrebbero ottenere immagini a raggi X ad alta risoluzione con una minore esposizione alle radiazioni.

Per testare l'applicazione dei nanocristalli di perovskite ad alogenuro di piombo nella tecnologia di imaging a raggi X, il team ha sostituito gli scintillatori degli imager a raggi X commerciali a schermo piatto con i loro nanocristalli.

"I nostri esperimenti hanno dimostrato che utilizzando questo approccio, Le immagini a raggi X possono essere registrate direttamente utilizzando a basso costo, fotocamere digitali ampiamente disponibili, o anche utilizzando le fotocamere dei telefoni cellulari. Ciò non era ottenibile utilizzando scintillatori ingombranti convenzionali. Inoltre, abbiamo anche dimostrato che gli scintillatori a nanocristalli possono essere utilizzati per esaminare le strutture interne dei circuiti elettronici. Ciò offre un'alternativa più economica e altamente sensibile alla tecnologia attuale, " ha spiegato il dottor Chen Qiushui, un Research Fellow con il Dipartimento di Chimica NUS e il primo autore dello studio.

L'utilizzo di nanocristalli come materiali scintillatori potrebbe anche ridurre il costo dell'imaging a raggi X poiché questi nanocristalli possono essere prodotti utilizzando metodi più semplici, processi meno costosi e ad una temperatura relativamente bassa.

Il prof Liu ha elaborato, "La nostra creazione di scintillatori a nanocristalli di perovskite ha implicazioni significative per molti campi di ricerca e apre le porte a nuove applicazioni. Ci auguriamo che questa nuova classe di scintillatori a raggi X ad alte prestazioni possa soddisfare meglio le esigenze sempre più diversificate di domani".

Prossimi passi e opportunità di commercializzazione

Per convalidare le prestazioni della loro invenzione, gli scienziati del NUS testeranno le loro capacità dei nanocristalli per tempi più lunghi, e a diverse temperature e livelli di umidità. Il team sta anche cercando di collaborare con partner del settore per commercializzare la loro nuova tecnica di imaging.