Da quando Wilhelm Röntgen li scoprì nel 1895, I raggi X sono diventati un punto fermo dell'imaging medico. Infatti, appena un mese dopo la pubblicazione del famoso articolo di Röntgen, i medici del Connecticut hanno eseguito la prima radiografia del polso rotto di un ragazzo.

Da allora ci sono stati molti progressi. A parte le radiografie, che la maggior parte delle persone ha preso almeno una volta nella vita, gli usi medici odierni dei raggi X includono la fluoroscopia, radioterapia per il cancro, e tomografia computerizzata (TC), che esegue più scansioni a raggi X del corpo da diverse angolazioni e quindi le combina in un computer per generare "fette" trasversali virtuali di un corpo.

Ciò nonostante, l'imaging medico spesso funziona con condizioni di bassa esposizione, e quindi richiede un rapporto costo-efficacia, rivelatori ad alta risoluzione che possono operare a quello che viene chiamato un "basso flusso di fotoni". Il flusso di fotoni descrive semplicemente quanti fotoni colpiscono il rivelatore in un dato momento e determina il numero di elettroni che genera a sua volta.

Ora, gli scienziati guidati da László Forró presso la School of Basic Sciences hanno sviluppato esattamente un'unità di questo tipo. Utilizzando la stampa a getto di aerosol 3D, hanno sviluppato un nuovo metodo per produrre rilevatori di raggi X altamente efficienti che possono essere facilmente integrati nella microelettronica standard per migliorare notevolmente le prestazioni dei dispositivi di imaging medico.

I nuovi rivelatori sono costituiti da grafene e perovskiti, che sono materiali costituiti da composti organici legati a un metallo. sono versatili, facile da sintetizzare, e sono all'avanguardia in una vasta gamma di applicazioni, anche nelle celle solari, Luci a LED, laser, e fotorivelatori.

La stampa a getto di aerosol è abbastanza nuova, e viene utilizzato per realizzare componenti elettronici stampati in 3D come resistori, condensatori, antenne, sensori, e transistor a film sottile o persino stampare l'elettronica su un particolare substrato, come il caso del cellulare.

Utilizzando il dispositivo di stampa a getto di aerosol al CSEM di Neuchatel, i ricercatori hanno stampato strati di perovskite in 3D su un substrato di grafene. L'idea è che, in un dispositivo, la perovskite funge da rivelatore di fotoni e scaricatore di elettroni mentre il grafene amplifica il segnale elettrico in uscita.

Il team di ricerca ha utilizzato la perovskite di ioduro di piombo metilammonio (MAPbI3), che ha recentemente attirato molta attenzione per le sue affascinanti proprietà optoelettroniche, che si abbinano bene con il suo basso costo di fabbricazione. "Questa perovskite ha atomi pesanti, che forniscono un'elevata sezione d'urto di dispersione per i fotoni, e rende questo materiale un candidato perfetto per il rilevamento a raggi X, "dice Endre Horváth, il chimico del gruppo di ricerca.

I risultati sono stati sorprendenti. Il metodo ha prodotto rilevatori di raggi X con una sensibilità record e un miglioramento di quattro volte rispetto ai migliori dispositivi di imaging medico della categoria.

"Utilizzando perovskiti fotovoltaiche con grafene, la risposta ai raggi X è aumentata enormemente, " dice Forró. "Ciò significa che se usassimo questi moduli nell'imaging a raggi X, la dose di raggi X necessaria per formare un'immagine potrebbe essere ridotta di oltre mille volte, diminuendo il rischio per la salute di queste radiazioni ionizzanti ad alta energia per l'uomo".

Un altro vantaggio del rivelatore perovskite-grafene è che è semplice formare immagini utilizzandolo. "Non ha bisogno di fotomoltiplicatori sofisticati o elettronica complessa, " dice Forró. "Questo potrebbe essere un vero vantaggio per i paesi in via di sviluppo".

Lo studio è pubblicato su ACS Nano .