Científicos de Australia han utilizado nanoláminas de monosulfuro de estaño (SnS) para crear el detector de rayos X más delgado jamás fabricado, lo que podría permitir la obtención de imágenes en tiempo real de la biología celular.

Los detectores de rayos X son herramientas que permiten reconocer visual o electrónicamente la energía transportada por la radiación, como las imágenes médicas o los contadores Geiger.

SnS ya se ha mostrado muy prometedor como material para su uso en fotovoltaica, transistores de efecto de campo y catálisis.

Ahora, los miembros del Centro de Excelencia en Ciencias de Exciton ARC, con sede en la Universidad Monash y la Universidad RMIT, han demostrado que las nanoláminas SnS también son excelentes candidatas para su uso como detectores de rayos X blandos.

Su investigación, publicada en la revista Advanced Functional Materials , indica que las nanoláminas de SnS poseen altos coeficientes de absorción de fotones, lo que les permite usarse para fabricar detectores de rayos X suaves ultrafinos con alta sensibilidad y un tiempo de respuesta rápido.

Se descubrió que estos materiales son incluso más sensibles que otro candidato emergente (perovskitas de haluro metálico), con un tiempo de respuesta más rápido que los detectores establecidos y son ajustables para la sensibilidad en toda la región de rayos X blandos.

Los detectores de rayos X SnS creados por el equipo tienen menos de 10 nanómetros de espesor. Para poner las cosas en perspectiva, una hoja de papel tiene un grosor de unos 100.000 nanómetros y las uñas crecen un nanómetro cada segundo. Anteriormente, los detectores de rayos X más delgados creados tenían entre 20 y 50 nanómetros.

Queda un trabajo considerable para explorar todo el potencial de los detectores de rayos X SnS, pero el profesor Jacek Jasieniak del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Monash, el autor principal del artículo, cree que es posible que algún día esto pueda conducir a imágenes en tiempo real de procesos celulares.

"Las nanoláminas SnS responden muy rápidamente, en milisegundos", dijo.

"Puedes escanear algo y obtener una imagen casi instantáneamente. El tiempo de detección dicta la resolución de tiempo. En principio, dada la alta sensibilidad y la alta resolución de tiempo, podrías ver las cosas en tiempo real.

"Es posible que pueda usar esto para ver las células mientras interactúan. No solo está produciendo una imagen estática, podría ver las proteínas y las células evolucionando y moviéndose usando rayos X".

¿Por qué son importantes detectores tan sensibles y receptivos? Los rayos X se pueden dividir ampliamente en dos tipos:Los rayos X "duros" son el tipo que usan los hospitales para escanear el cuerpo en busca de huesos rotos y otras enfermedades.

Quizás menos conocidos pero igual de importantes son los rayos X "suaves", que tienen una energía fotónica más baja y se pueden usar para estudiar proteínas húmedas y células vivas, un componente crucial de la biología celular.

Algunas de estas mediciones tienen lugar en la "ventana de agua", una región del espectro electromagnético en la que el agua es transparente a los rayos X suaves.

La detección de rayos X blandos se puede realizar utilizando un sincrotrón, un acelerador de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza, pero el acceso a este tipo de infraestructura enormemente costosa es difícil de asegurar.

Los avances recientes en fuentes de láser de rayos X blandos sin sincrotrón pueden permitir el diseño de sistemas de detección portátiles de menor costo, proporcionando una alternativa accesible a los sincrotrones para investigadores de todo el mundo.

Pero para que este enfoque funcione, necesitaremos materiales detectores de rayos X blandos que sean muy sensibles a los rayos X de baja energía, proporcionen una excelente resolución espacial y sean rentables.

Algunos detectores de rayos X blandos existentes utilizan un mecanismo indirecto, en el que la radiación ionizante se convierte en fotones visibles. Este enfoque permite estudiar múltiples rangos de energía y frecuencias de cuadro, pero es difícil de preparar y ofrece resoluciones limitadas.

Los métodos de detección directa son más fáciles de preparar y ofrecen mejores resoluciones, porque el material del detector puede ser más delgado que los métodos indirectos.

Los buenos materiales candidatos necesitan un alto coeficiente de absorción de rayos X, que se calcula utilizando el número atómico de los átomos absorbentes, la energía incidente de los rayos X, la densidad y la masa atómica de un átomo.

Los rayos X de alta masa atómica y baja energía favorecen una alta absorción, y los rayos X blandos se absorben más fuertemente en materiales delgados en comparación con los rayos X duros.

Las películas de nanocristales y las escamas ferromagnéticas se han mostrado prometedoras como ciertos tipos de detectores de rayos X blandos, pero no están bien equipados para manejar la región del agua.

Ahí es donde entran las nanoláminas SnS.

Uno de los autores principales, el Dr. Nasir Mahmood de la Universidad RMIT, dijo que la sensibilidad y la eficiencia de las nanoláminas SnS dependen en gran medida de su grosor y dimensiones laterales, que no son posibles de controlar a través de los métodos de fabricación tradicionales.

El uso de un método de exfoliación a base de metal líquido permitió a los investigadores producir láminas de área grande de alta calidad con espesor controlado, que pueden detectar de manera eficiente fotones de rayos X suaves en la región del agua. Su sensibilidad se puede mejorar aún más mediante un proceso de apilamiento de capas ultrafinas.

Representan importantes mejoras en la sensibilidad y el tiempo de respuesta en comparación con los detectores de rayos X blandos directos existentes.

Los investigadores esperan que sus hallazgos abran nuevas vías para el desarrollo de detectores de rayos X altamente sensibles de próxima generación basados ​​en materiales ultrafinos.

El primer autor, el Dr. Babar Shabbir, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Monash, dijo:"A largo plazo, para comercializar esto, necesitamos probar un dispositivo de muchos píxeles. En esta etapa no tenemos el sistema de imágenes. Pero esto nos proporciona una plataforma de conocimiento y un prototipo". + Explora más

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