Scienziati in Australia hanno utilizzato nanosheet di stagno monosolfuro (SnS) per creare il rivelatore di raggi X più sottile mai realizzato, consentendo potenzialmente l'imaging in tempo reale della biologia cellulare.

I rilevatori di raggi X sono strumenti che consentono di riconoscere visivamente o elettronicamente l'energia trasportata dalle radiazioni, come l'imaging medico o i contatori Geiger.

SnS ha già mostrato grandi promesse come materiale per l'uso nel fotovoltaico, nei transistor ad effetto di campo e nella catalisi.

Ora, i membri dell'ARC Center of Excellence in Exciton Science, con sede presso la Monash University e la RMIT University, hanno dimostrato che i nanosheet SnS sono anche ottimi candidati per l'uso come rivelatori di raggi X morbidi.

La loro ricerca, pubblicata sulla rivista Advanced Functional Materials , indica che i nanosheet SnS possiedono elevati coefficienti di assorbimento dei fotoni, consentendo loro di essere utilizzati nella realizzazione di rivelatori di raggi X morbidi ultrasottili con un'elevata sensibilità e un tempo di risposta rapido.

Questi materiali sono risultati ancora più sensibili di un altro candidato emergente (perovskiti ad alogenuri metallici), vantando un tempo di risposta più rapido rispetto ai rivelatori consolidati e sono sintonizzabili per la sensibilità nella regione dei raggi X morbidi.

I rivelatori di raggi X SnS creati dal team hanno uno spessore inferiore a 10 nanometri. Per mettere le cose in prospettiva, un foglio di carta ha uno spessore di circa 100.000 nanometri e le tue unghie crescono di circa un nanometro al secondo. In precedenza, i rivelatori di raggi X più sottili creati erano compresi tra 20 e 50 nanometri.

Rimane un lavoro considerevole per esplorare il pieno potenziale dei rivelatori di raggi X SnS, ma il professor Jacek Jasieniak del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di Monash, l'autore senior dell'articolo, ritiene che sia possibile che un giorno ciò possa portare all'imaging in tempo reale di processi cellulari.

"I nanosheet SnS rispondono molto rapidamente, in pochi millisecondi", ha affermato.

"Puoi scansionare qualcosa e ottenere un'immagine quasi istantaneamente. Il tempo di rilevamento determina la risoluzione temporale. In linea di principio, data l'elevata sensibilità e la risoluzione temporale elevata, potresti essere in grado di vedere le cose in tempo reale.

"Potresti essere in grado di usarlo per vedere le cellule mentre interagiscono. Non stai solo producendo un'immagine statica, potresti vedere proteine ​​e cellule evolversi e muoversi usando i raggi X."

Perché sono importanti rilevatori così sensibili e reattivi? I raggi X possono essere sostanzialmente suddivisi in due tipi:I raggi X "duri" sono il tipo utilizzato dagli ospedali per scansionare il corpo alla ricerca di ossa rotte e altre malattie.

Forse meno conosciuti ma altrettanto importanti sono i raggi X "morbidi", che hanno un'energia fotonica inferiore e possono essere utilizzati per studiare le proteine ​​​​umide e le cellule viventi, una componente cruciale della biologia cellulare.

Alcune di queste misurazioni hanno luogo nella "finestra dell'acqua", una regione dello spettro elettromagnetico in cui l'acqua è trasparente ai raggi X molli.

Il rilevamento di raggi X morbidi può essere condotto utilizzando un sincrotrone, un acceleratore di particelle come il Large Hadron Collider in Svizzera, ma è difficile garantire l'accesso a questo tipo di infrastruttura estremamente costosa.

I recenti progressi nelle sorgenti laser a raggi X morbidi non di sincrotrone potrebbero consentire la progettazione di sistemi di rilevamento portatili a costi inferiori, fornendo un'alternativa accessibile ai sincrotroni per i ricercatori di tutto il mondo.

Ma affinché questo approccio funzioni, avremo bisogno di materiali per rivelatori di raggi X morbidi che siano altamente sensibili ai raggi X a bassa energia, forniscano un'eccellente risoluzione spaziale e siano convenienti.

Alcuni rilevatori di raggi X morbidi esistenti utilizzano un meccanismo indiretto, in cui la radiazione ionizzante viene convertita in fotoni visibili. Questo approccio consente di studiare più intervalli di energia e frame rate, ma è difficile da preparare e offre risoluzioni limitate.

I metodi di rilevamento diretto sono più facili da preparare e offrono risoluzioni migliori, perché il materiale del rivelatore può essere più sottile degli approcci indiretti.

I buoni materiali candidati richiedono un elevato coefficiente di assorbimento dei raggi X, che viene calcolato utilizzando il numero atomico degli atomi assorbenti, l'energia incidente dei raggi X, la densità e la massa atomica di un atomo.

L'elevata massa atomica e i raggi X a bassa energia favoriscono un elevato assorbimento e i raggi X morbidi vengono assorbiti più fortemente nei materiali sottili rispetto ai raggi X duri.

Le pellicole di nanocristalli e le scaglie ferromagnetiche hanno mostrato risultati promettenti come alcuni tipi di rivelatori di raggi X morbidi, ma non sono ben attrezzati per gestire la regione dell'acqua.

È qui che entrano in gioco i nanosheet SnS.

Uno degli autori principali, il dottor Nasir Mahmood della RMIT University, ha affermato che la sensibilità e l'efficienza dei nanosheet SnS dipendono in larga misura dal loro spessore e dalle dimensioni laterali, che non è possibile controllare con i metodi di fabbricazione tradizionali.

L'utilizzo di un metodo di esfoliazione a base di metallo liquido ha consentito ai ricercatori di produrre fogli di alta qualità e di ampia superficie con spessore controllato, in grado di rilevare in modo efficiente fotoni a raggi X molli nella regione dell'acqua. La loro sensibilità può essere ulteriormente migliorata da un processo di impilamento degli strati ultrasottili.

Rappresentano importanti miglioramenti in termini di sensibilità e tempo di risposta rispetto ai rilevatori di raggi X morbidi diretti esistenti.

I ricercatori sperano che le loro scoperte aprano nuove strade per lo sviluppo di rivelatori di raggi X di nuova generazione altamente sensibili basati su materiali ultrasottili.

Il primo autore, il dott. Babar Shabbir del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di Monash, ha dichiarato:"A lungo termine, per commercializzarlo, dobbiamo testare un dispositivo a molti pixel. In questa fase non abbiamo il sistema di imaging. Ma questo ci fornisce una piattaforma di conoscenza e un prototipo". + Esplora ulteriormente

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