Ultradunne koolstofmembraan scherpt protonenstralen, waardoor de behandeling van kanker wordt gestimuleerd, mogelijk

Onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) hebben een nieuw koolstofmembraan ontwikkeld dat een revolutie teweeg kan brengen in de protontherapie voor kankerpatiënten en technologieën in de geneeskunde en andere gebieden zoals energieapparaten en flexibele elektronica.

Het nieuwe koolstofmateriaal, dat slechts een enkel atoom dik is, toont een ongelooflijke belofte bij het mogelijk maken van zeer nauwkeurige protonstralen. Dergelijke stralen zijn de sleutel tot veiliger en nauwkeurigere protonentherapie voor behandeling van kanker. Het nieuwe materiaal, de Ultra-Clean Monolayer Amorfe Carbon (UC-MAC) genoemd, zou beter kunnen presteren dan de best-in-class materialen zoals grafeen of commerciële koolstoffilms.

Het onderzoek werd geleid door universitair hoofddocent Lu Jiong en zijn team van het NUS Department of Chemistry, in samenwerking met internationale partners. Het is gepubliceerd in het dagboek Natuurnanotechnologie.

Beyond Graphene: een nieuwe klasse van 2D -koolstof

In tegenstelling tot grafeen, dat een perfect geordende honingraatstructuur van zeshoekige ringen heeft, bestaat UC-MAC uit een complexe mix van vijf-, zes- en zevenkoppige koolstofringen gerangschikt in een ongeordende, ultradunne blad.

Deze aandoening op atoomniveau is een voordeel omdat het aanleiding geeft tot poriën op Angstrom-schaal, die slechts één miljardste meter breed zijn, die fijn kan worden afgestemd om het gedrag van kleine deeltjes zoals protonen en moleculaire waterstofionen te regelen (H (H (H (H (H (H (H₂⁺) Terwijl ze doorgaan. De poreuze en ultradunne aard van het materiaal maakt het ideaal voor het filteren en splitsen van subatomaire deeltjes, een cruciale behoefte in verschillende hightech-toepassingen.

Snellere, schonere en schaalbare productie

Een van de grootste hindernissen bij het gebruik van dit materiaal voor real-world toepassingen is de uitdaging om het te produceren. Bestaande methoden zijn langzaam, kostbaar en introduceren vaak metaalonzuiverheden die de prestaties van het materiaal in gevaar brengen.

Om dit op te lossen, ontwikkelden de onderzoekers een nieuw industrie-compatibel syntheseproces genaamd de Disorder-to-Dorderorder (DTD) -benadering. Met behulp van een speciaal type plasma-verbeterde chemische dampafzetting (ICP-CVD) konden ze in seconden een 8-inch UC-MAC-blad laten groeien, veel sneller dan eerdere methoden, zonder enige detecteerbare metaalverontreiniging.

Dit is een belangrijke stap voorwaarts in het opschalen van de productie van dit geavanceerde materiaal voor industrieel en medisch gebruik.

Deze prestatie werd mogelijk gemaakt door nauwe samenwerking tussen synthetische chemici, materialenwetenschappers en theoretische fysici, waaronder professor Zeng Xiao Cheng van City University of Hong Kong, universitair docent Zhao Xiaoxu van Peking University, universitair hoofddocent Thomas Osipowicz van NUS -afdeling van fysica en andere auteurs.

Scherpere protonenstralen voor veiliger en effectievere behandeling

Wanneer gebruikt als een membraan om moleculaire waterstofionen te splitsen (h₂⁺) In individuele protonen produceerde UC-MAC protonstralen die aanzienlijk scherper waren dan die gegenereerd met grafeen of traditionele koolstoffilms. In feite heeft het nieuwe materiaal ongewenste protonverstrooiingsgebeurtenissen met ongeveer twee keer zoveel als grafeen en 40 keer meer verminderd dan commerciële koolstofdunne films.

Dit is vooral belangrijk voor niet-invasieve behandelingen van kanker zoals protontherapie, waarbij gerichte stralen worden gebruikt om tumoren te richten en te vernietigen terwijl ze gezond weefsel sparen. Dunnere membranen met minimale verstrooiing kunnen clinici helpen de straalstroom en richting beter te beheersen, waardoor de behandeling veiliger en effectiever wordt.

Een veelzijdig platform voor toekomstige technologieën

Hoewel de onmiddellijke schijnwerpers op protontherapie staan, heeft UC-MAC potentieel ver buiten de geneeskunde. De ultra-helling, poreuze structuur kan nuttig zijn voor veel toepassingen, waaronder energieapparaten zoals brandstofcellen en batterijen, katalyse waarbij precieze moleculaire scheiding de sleutel is en flexibele elektronica.

“De halfgeleidende eigenschappen van UC-MAC-films maken ze ook veelbelovende kandidaten voor ultradunne elektronica, met name voor geïntegreerde sub-2 nm geïntegreerde circuits-een kritische grens in het tijdperk van de post-moore,” zei Assoc Prof Lu.

Door een snelle, schaalbare en schone methode aan te tonen om UC-MAC te produceren, heeft het onderzoeksteam de weg vrijgemaakt voor het overbrengen van dit krachtige nieuwe materiaal van het lab naar echte toepassingen.