การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์มีบทบาทสำคัญในการแพทย์เพื่อการวินิจฉัย โดยวิธีต่างๆ เช่น การถ่ายภาพรังสี การส่องกล้องด้วยรังสีเอกซ์ และการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ช่วยให้มองเห็นโครงสร้างภายในของร่างกายมนุษย์ แต่การปล่อยให้ร่างกายได้รับรังสีไอออไนซ์นั้นมีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้อง และอุตสาหกรรมการถ่ายภาพทางการแพทย์กำลังมองหาวิธีใหม่ๆ ในการลดปริมาณรังสีที่จำเป็นอย่างต่อเนื่อง
ผ่านเครื่องตรวจจับที่มีความละเอียดสูงและมีความไวสูง
วิธีการหนึ่งที่เกิดขึ้นใหม่คือการใช้ลีดเฮไลด์เพรอฟสกีต์เพื่อสร้างเครื่องตรวจจับเอ็กซ์เรย์ความไวสูง วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วยธาตุหนัก เช่น ตะกั่วและไอโอดีนที่มีส่วนการกระเจิงของรังสีเอกซ์ขนาดใหญ่ และในขณะที่พวกมันแปลงโฟตอนเอ็กซ์เรย์เป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยตรง Perovskites ให้ความไวที่สูงกว่าและต้นทุนต่ำกว่าเทคโนโลยีตัวตรวจจับแบบเรืองแสงวาบของคู่แข่ง อย่างไรก็ตาม การบูรณาการ perovskites เหล่านี้เข้ากับไมโครอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐานยังคงเป็นเรื่องท้าทาย
ตอนนี้ นักวิจัยในสวิตเซอร์แลนด์ได้แสดงให้เห็นว่าการพิมพ์ 3D aerosol jet ซึ่งเป็นเทคนิคต้นทุนต่ำที่ฝากวัสดุด้วยความแม่นยำระดับไมครอน สามารถใช้สร้างเครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์จาก perovskite methylammonium lead iodide (MAPbI 3 ) บนกราฟีน ตามที่รายงานในACS Nanoอุปกรณ์ที่ได้นั้นแสดงความไวในการบันทึกที่ 2.2 × 10 8 μC/Gy air /cm 2เมื่อตรวจจับโฟตอนเอ็กซ์เรย์ 8 keV ที่อัตราปริมาณรังสีต่ำ ซึ่งเป็นระดับที่สูงกว่าโฟตอนที่ดีที่สุดในปัจจุบันถึงสี่เท่า เครื่องตรวจจับคลาส
หัวหน้ากลุ่ม László Forró จาก ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของส สารเชิงซ้อนของ EPFL กล่าวว่า “การใช้โฟโตโวลตาอิกเพอร์รอฟสกีร่วมกับกราฟีน การตอบสนองต่อรังสีเอกซ์ได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก” “ถ้าเราจะใช้โมดูลเหล่านี้ในการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ ปริมาณรังสีเอกซ์ที่จำเป็นสำหรับการสร้างภาพอาจลดลงได้มากกว่าหนึ่งพันเท่า ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของรังสีไอออไนซ์ที่มีพลังงานสูงต่อมนุษย์”
การเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์
Halide perovskites เช่น MAPbI 3ก่อตัวเป็นผลึกยาวเมื่อละลายในตัวทำละลาย aprotic แบบมีขั้ว ระหว่างการพิมพ์ด้วยละอองลอย เนื่องจากสารละลายนี้เดินทางผ่านหัวฉีด ผลึกจะเติบโตและตกลงบนพื้นผิวเป็นสายนาโนผลึกที่มีตัวทำละลายเพียงเล็กน้อย เมื่อหยดละอองไปถึงซับสเตรต ตัวทำละลายส่วนใหญ่จะระเหย ลดการกระเด็นออกไป และสร้างโครงสร้าง 3 มิติที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งจำเป็นในการสร้างเครื่องตรวจจับด้วยแสงเอ็กซ์เรย์ที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง
การพิมพ์ละอองลอย แผนผังของวิธีการพิมพ์แบบละออง สารละลาย perovskite MAPbI 3 ที่ถูกกวน จะถูกโฟกัสไปยังตำแหน่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้าที่หัวฉีดโดยไนโตรเจน ผลึกนาโนที่ก่อตัวขึ้นในการบินจะไม่แผ่กระจายออกไปบนสารตั้งต้นของกราฟีน ทำให้สามารถสร้างสถาปัตยกรรม 3 มิติได้ การใช้อุปกรณ์การพิมพ์แบบละอองลอยที่CSEMใน Neuchatel ทีมงานได้ระบุคุณสมบัติของรูปทรงต่างๆ ของ MAPbI 3ที่พิมพ์บนพื้นผิวซิลิกอนที่มีโครงสร้างจุลภาค เสาที่พิมพ์ 3 มิติแสดงให้เห็นว่ามีการรวบรวมผู้ให้บริการชาร์จเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับสปอต 2 มิติ รูปทรงทั้ง 2D และ 3D ช่วยให้สามารถตรวจจับความเข้มของแสงน้อยได้ ลดลงเหลือ 31.4 μW/cm2 ภายใต้การส่องสว่าง 650 nm
เพื่อปรับปรุงลักษณะการตรวจจับด้วยแสงให้ดียิ่งขึ้น นักวิจัยได้พิมพ์สามมิติของ perovskite บนกราฟีน ซึ่งจะขยายโฟโตเคอร์เรนต์ที่สร้างขึ้น หลังจากทดสอบสถาปัตยกรรมและโหมดการทำงานหลายแบบ (ตัวต้านทาน ไดโอด และทางแยกต่างระดับกัน) พวกเขาพบว่าการออกแบบพิกเซลที่เหมาะสมที่สุดคือทางแยกต่างระดับกัน โดยมีเสา MAPbI 3พิมพ์อยู่บนชั้นกราฟีนซึ่งทอดผ่านอิเล็กโทรดสีทอง
การตรวจเอ็กซ์เรย์
ในการสร้างเครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์ นักวิจัยได้ประดิษฐ์ชิปตรวจจับที่มีผนัง MAPbI 3 ที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งมี ความสูงประมาณ 600 ไมโครเมตร พวกเขาตรวจสอบคุณสมบัติการตรวจจับด้วยรังสีเอกซ์ของเครื่องตรวจจับแบบบูรณาการโดยเปิดเผยไปยังแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ 8 keV เป็นเวลา 10 วินาทีที่อัตราปริมาณรังสีต่างๆ ถึงขีดจำกัดการตรวจจับด้วยรังสีเอกซ์แล้วที่อัตราปริมาณรังสี 0.12 μGy/s ซึ่งต่ำกว่าซึ่งสัญญาณไม่สามารถแยกความแตกต่างจากเสียงพื้นหลังได้ ที่อัตราปริมาณรังสีสูงสุดที่ตรวจสอบ 358 μGy/s อุปกรณ์มีโฟโตเคอร์เรนต์สูงถึง 4000 μA/ซม. 2
เนื่องจากความไวของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับอัตราขนานยา ทีมงานจึงกำหนดความไวของอุปกรณ์ที่อคติ 100 mV สำหรับพื้นที่ที่มีอัตราปริมาณยาสามส่วน ความไวของพิกเซลของเครื่องตรวจจับ (ที่มีพื้นผิวโดยประมาณ 0.075 มม. 2 ) มีค่าสูงสุดที่อัตราปริมาณรังสีที่ต่ำกว่า 1 ไมโครกรัม/วินาที ถึง 2.2 × 10 8ไมโครซี/Gy อากาศ /ซม. 2 ที่สูงกว่า 1 μGy/s โฟโตปัจจุบันเริ่มอิ่มตัว โดยให้ความไว 2.5 × 10 7 μC/Gy air /cm 2ที่สูงถึง 40 μGy/s และ 2.9 × 10 6 μC/Gy air /cm 2จาก 40 ถึง 100 ไมโครกรัม/วินาที
อุปสรรคประการหนึ่งที่ขัดขวางการค้าออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ perovskite คือความเสถียร เพื่อป้องกันชั้น MAPbI 3 ที่ใช้งานอยู่ ในอุปกรณ์ของพวกเขา หลังจากการยึดติดด้วยลวด นักวิจัยได้ห่อหุ้มเครื่องตรวจจับไว้ในพอลิเมอร์ PDMS พวกเขาสังเกตเห็นว่าหน่วยตรวจจับที่ประกอบแล้วมีความเสถียรนานกว่าเก้าเดือน โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง
เครื่องตรวจจับ perovskite แบบฟิล์มบางสามารถเปิดใช้งานการถ่ายภาพทางการแพทย์ในขนาดที่ต่ำมาก “เรามั่นใจว่าสถาปัตยกรรมหน่วยตรวจจับรังสีเอกซ์นี้มีแนวโน้มอย่างมากสำหรับการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ที่มีความไวสูง” นักวิจัยสรุป “วิธีการนี้สามารถลดปริมาณรังสีที่จำเป็นสำหรับการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ได้อย่างมาก ส่งผลให้ระบบภาพ CT ที่ปลอดภัยและราคาไม่แพงมากขึ้น”
สำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์ หน่วยตรวจจับจะต้องประกอบเข้ากับเครื่องตรวจจับเอ็กซ์เรย์ที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ทีมงานยังทราบด้วยว่าในขณะที่การสแกน CT scan ใช้พลังงาน X-ray ที่สูงกว่าแหล่งกำเนิด 8 keV ที่ใช้ในงานนี้ ควรทำการวัดซ้ำสำหรับโฟตอน 100 keV เพื่อยืนยันความเหมาะสมของอุปกรณ์สำหรับการใช้งานทางการแพทย์
Credit : nykodesign.com nymphouniversity.com offspringvideos.com onlinerxpricer.com paleteriaprincesa.com
