Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Florida ha desarrollado aún más una nueva generación de materiales híbridos orgánicos e inorgánicos que pueden mejorar la calidad de la imagen en máquinas de rayos X, tomografías computarizadas y otras tecnologías de detección de radiación e imágenes.

El profesor Biwu Ma del Departamento de Química y Bioquímica y sus colegas han desarrollado una nueva clase de materiales que pueden actuar como centelleadores altamente eficientes, que emiten luz después de haber sido expuestos a otras formas de radiaciones de alta energía, como los rayos X.

El estudio más reciente del equipo, publicado en Advanced Materials, es una mejora con respecto a su investigación anterior para desarrollar mejores centelleadores. El nuevo concepto de diseño produce materiales que pueden emitir luz en nanosegundos, órdenes de magnitud más rápido que los materiales desarrollados anteriormente, lo que permite obtener mejores imágenes.

« Reducir el tiempo de vida de decaimiento de la radioluminiscencia de los centelleadores a nanosegundos es un avance importante », dijo Ma. « El uso de un material híbrido formado por componentes orgánicos e inorgánicos significa que cada componente se puede utilizar para la parte del proceso en la que es más eficaz ».

Los centelleadores se utilizan en todo tipo de aplicaciones de imagen. Los entornos de atención médica, los rayos X de seguridad, los detectores de radiación y otras tecnologías los utilizan y se beneficiarían de una mejor calidad de imagen.

La nueva generación de centelleadores híbridos de halogenuros metálicos orgánicos desarrollados por el equipo de Ma presenta numerosas mejoras con respecto a los existentes. Además de una respuesta de radioluminiscencia significativamente mejor, el proceso de fabricación es más simple que el proceso utilizado para otros centelleadores y utiliza materiales abundantes y baratos.

Piense en un centelleador como una especie de traductor entre dos tipos de energía, tomando una forma de radiación de alta energía, como rayos X, y convirtiéndola en luz visible. Menos radiación pasa a través de las partes más densas de un objeto, y esa diferencia se puede utilizar para distinguir los objetos de mayor densidad, como los huesos o el metal, de los de menor densidad, como los tejidos blandos. La radiación que pasa a través de un objeto interactúa con el centelleador, que genera luz visible que es detectada por un sensor para crear una imagen.

Los centelleadores actuales utilizan principalmente materiales inorgánicos para transformar la radiación de alta energía en luz visible para producir imágenes. Estos materiales son rígidos, utilizan elementos de tierras raras y requieren procesos de fabricación a alta temperatura que consumen energía.

Ma y su equipo han estado trabajando en híbridos de halogenuros metálicos orgánicos de dimensión cero, con los que han realizado investigaciones pioneras desde 2018. Estos híbridos orgánico-inorgánicos están formados por pequeños grupos de componentes inorgánicos con carga negativa, llamados grupos de haluros metálicos, y con carga positiva. moléculas orgánicas. Son « de dimensión cero » a nivel molecular porque los grupos de haluros metálicos están completamente aislados y rodeados de moléculas orgánicas.

Las emisiones de luz de las moléculas orgánicas tienen lugar en la escala de nanosegundos, mucho más rápido que los microsegundos o milisegundos necesarios para que los haluros metálicos emitan luz.

« Cuanto más rápido sea el decaimiento de la radioluminiscencia, más precisos podremos medir el momento de las emisiones de fotones », dijo Ma. « Eso conduce a una mayor resolución y contraste en las imágenes ».

« Esta es una continuación de nuestro impulso por mejores materiales a lo largo de los años, desde 2018, cuando descubrimos por primera vez esta clase de materiales, hasta 2020, cuando los usamos para el centelleo por primera vez », dijo Ma. « Este es otro gran avance ».

Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y la Universidad Estatal de Florida.

El primer autor de este artículo fue el estudiante graduado de FSU Tunde Blessed Shonde. Otros coautores fueron Maya Chaaban, He Liu, Oluwadara Joshua Olasupo, Azza Ben-Akacha, Fabiola G. Gonzalez, Kerri Julevich, Xinsong Lin, JS Raaj Vellore Winfred, todos de FSU, y Luis M. Stand y Mariya Zhuravleva de la Universidad de Tennessee, Knoxville.