Flexibele, draagbare röntgendetector vereist geen zware metalen

Röntgenbeeldvorming is een snelle en pijnloze manier voor artsen om in een persoon te kijken. Maar stralingsdetectoren, die onder het lichaamsdeel dat wordt afgebeeld, gaan, zijn stijve panelen die schadelijke zware metalen bevatten, zoals lood en cadmium. Nu, onderzoekers in ACS’ Nano-letters rapporteer een proof-of-concept draagbare röntgendetector gemaakt van niet-toxische metaal-organische raamwerken (MOF’s) gelaagd tussen flexibele plastic en gouden elektroden voor zeer gevoelige detectie en beeldvorming.

De meeste röntgendetectoren zijn geïntegreerd in grote, onbeweeglijke instrumenten, zoals computertomografie (bekend als CT) en mammografie-apparatuur, of zijn stijf, zoals de scherpgerande bitewing-detectoren die in tandartspraktijken worden gebruikt. Detectoren die zich zouden kunnen aanpassen aan ronde lichaamsdelen of zich aan de binnenkant van besloten ruimten kunnen vormen, kunnen nuttig zijn bij sommige toepassingen voor stralingsbewaking en medische beeldvorming. Eerdere onderzoekers hebben MOF’s gebruikt voor flexibele stralingsdetectoren omdat het halfgeleidende materialen zijn die reageren op elektromagnetische straling door een elektrische stroom te creëren. Sommige van deze MOF’s bevatten echter nog steeds lood, net als de röntgendetectoren die momenteel in gebruik zijn. Dus wilden Shuquan Chang, Shenqiang Ren en collega’s een zware metaalvrije MOF maken voor een flexibele röntgendetector en imager.

De onderzoekers mengden een oplossing van nikkelchloridezout en 2,5-diaminobenzeen-1,4-dithiol (DABDT) gedurende enkele uren, waardoor een MOF ontstond waarin nikkel de DABDT-moleculen verbond. In de eerste tests was de nikkelhoudende MOF gevoeliger dan recentelijk gerapporteerde detectoren wanneer ze werden bestraald met 20 keV röntgenstralen, wat overeenkomt met de energie die vrijkomt bij medische diagnostische beeldvorming. Om vervolgens een flexibele röntgenstralingsdetector te maken, plaatste het team de nikkelhoudende MOF tussen goudfilmelektroden, waarvan er één zich op een flexibel plastic oppervlak bevond. Ze gebruikten koperdraden om de stroom van elke pixel van een 12×12-array over te brengen en bedekten het hele apparaat met een flexibel polymeer op siliconenbasis. Ten slotte plaatsten ze een aluminium letter “H” op de detector en bestraalden deze met röntgenstralen, waarbij een veel lagere stroomoutput onder de H werd gemeten dan onder het onbelemmerde materiaal.

De onderzoekers zeggen dat hun proof-of-concept-apparaat veelbelovend is voor de volgende generatie radiologische beeldvormingsapparatuur en stralingsdetectie wanneer draagbare of flexibele apparaten nodig zijn.