Usando un dispositivo diminuto conocido como antena óptica, Los investigadores han creado un sensor de rayos X que está integrado en el extremo de una fibra óptica de unas pocas decenas de micrones de diámetro. Al detectar rayos X a una escala espacial extremadamente pequeña, el sensor podría combinarse con tecnologías de emisión de rayos X para permitir aplicaciones terapéuticas y de imágenes médicas de alta precisión.

"Queremos desarrollar esta tecnología para que pueda utilizarse en radioterapia, por ejemplo, "dijo Thierry Grosjean, del Instituto FEMTO-ST, El Centro Nacional de Investigaciones Científicas, Francia. "Específicamente, el sensor podría permitir una medición en tiempo real de la cantidad de radiación que se administra a un tumor a través de una endoscopia ".

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores demuestran su nuevo sensor de rayos X utilizando rayos X de baja energía. Dicen que el mismo principio debería funcionar con los rayos X de alta energía que se utilizan para aplicaciones médicas como la imagenología y la radioterapia.

Controlar la luz

Como muchas de las aplicaciones de rayos X actuales, el nuevo sensor utiliza detección indirecta. En lugar de detectar directamente los rayos X, este método utiliza un detector especial llamado centelleador, que absorbe los rayos X y luego emite luz que es detectada por una cámara óptica.

Lograr la detección indirecta de rayos X a pequeña escala es un desafío porque los centelleadores emiten fotones en todas las direcciones. Reducir la escala de los centelleadores a un tamaño muy pequeño significa que emitirán muy pocos fotones, lo que hace que sea casi imposible que la cámara capture suficientes fotones en el ángulo correcto. Los investigadores recurrieron a las antenas ópticas para ayudar con este desafío.

Debido a que se han utilizado antenas ópticas para controlar la emisión de luz de moléculas fluorescentes, los investigadores pensaron que también podrían controlar la luz emitida por los centelleadores. "Una antena óptica funciona de manera muy similar a una antena de radiofrecuencia, ofreciendo una forma de interconectar un emisor con espacio libre, ", dijo Grosjean." Demostramos que se pueden utilizar para controlar la direccionalidad de la emisión de centelleadores ".

Fabricando el sensor

Para hacer el sensor de rayos X, los investigadores utilizaron una antena óptica para conectar una fibra óptica monomodo con un pequeño grupo de centelleadores. Fabricaron la antena óptica, solo unas pocas micras de ancho, en el extremo de la fibra e injertó el grupo de centelleo en su extremo. La luz emitida por los centelleadores golpea la antena y se dirige hacia la fibra, donde viaja a un detector óptico remoto. Esta configuración mantiene la electrónica alejada de los rayos X, que protege la electrónica de daños después de un uso repetido.

Aunque la fabricación del sensor de rayos X requirió una instalación de sala limpia, los investigadores dijeron que no era un proceso difícil ni costoso. Actualmente están trabajando en procedimientos que podrían facilitar aún más el injerto de centelleadores en la antena de fibra.

De sus experimentos, los investigadores estimaron que el sensor tiene una resolución espacial del orden de 1 micrón, que están trabajando para aumentar a unos 100 nanómetros. Esta resolución mejorada permitiría al dispositivo distinguir componentes químicos en materiales compuestos utilizando la punta de la fibra para realizar microscopía de barrido de rayos X de baja energía.

Además de expandir la tecnología para trabajar con los rayos X de alta energía necesarios para aplicaciones médicas, los investigadores también están investigando si las antenas ópticas podrían permitir detectores de rayos X más rápidos. Dado que se ha demostrado que los dispositivos acortan el tiempo entre la absorción de luz y la emisión de luz en los procesos de fluorescencia, las antenas también pueden acortar el tiempo entre la absorción de rayos X y la emisión de luz dentro de los centelleadores, creando así una forma más rápida de detectar rayos X.