Exempel på de deponerade perovskitpelarna, definiera en pixel för att skapa en bild. Kredit:L. Forró, EPFL.
Sedan Wilhelm Röntgen upptäckte dem 1895, Röntgen har blivit en stapelvara i medicinsk bildbehandling. Faktiskt, knappt en månad efter att Röntgens berömda tidning publicerades, läkare i Connecticut tog den första röntgenbilden någonsin av en pojkes brutna handled.
Det har skett en hel del framsteg sedan dess. Förutom röntgenbilder, som de flesta människor har tagit minst en gång i livet, dagens röntgenmedicinska användningar inkluderar fluoroskopi, strålbehandling mot cancer, och datortomografi (CT), som tar flera röntgenbilder av kroppen från olika vinklar och sedan kombinerar dem i en dator för att generera virtuella "skivor" av en kropp i tvärsnitt.
Ändå, medicinsk bildbehandling fungerar ofta med tillstånd med låg exponering, och kräver därför kostnadseffektiva, högupplösta detektorer som kan arbeta med vad som kallas "lågt fotonflöde". Fotonflöde beskriver helt enkelt hur många fotoner som träffar detektorn vid en given tidpunkt och bestämmer antalet elektroner som den genererar i sin tur.
Nu, forskare under ledning av László Forró vid School of Basic Sciences har utvecklat exakt en sådan enhetsenhet. Genom att använda begagnad 3-D aerosol jet-printing utvecklade de en ny metod för att producera högeffektiva röntgendetektorer som enkelt kan integreras i standardmikroelektronik för att avsevärt förbättra prestandan hos medicinska bildapparater.
De nya detektorerna består av grafen och perovskiter, som är material som består av organiska föreningar bundna till en metall. De är mångsidiga, lätt att syntetisera, och ligger i framkant av ett brett spektrum av applikationer, inklusive i solceller, Led-lampor, lasrar, och fotodetektorer.
Schematisk representation av Aerosol Jet Printing-metoden som utvecklats i denna studie. Den omrörda metylammoniumblyjodidperovskitlösningen fokuseras till en fördefinierad position vid munstycket av kvävet (N2). Det speciella med materialet är att bildade nanokristaller under flygning inte sprider sig på grafensubstratet, möjliggör skapandet av 3D-arkitekturer. Kredit:Glushkova et al ACS Nano .
Aerosol jet-printing är ganska nytt, och används för att göra 3D-tryckta elektroniska komponenter som motstånd, kondensatorer, antenner, sensorer, och tunnfilmstransistorer eller till och med skriva ut elektronik på ett visst substrat, som fallet med mobiltelefon.
Med hjälp av aerosoljetskrivaren på CSEM i Neuchatel, forskarna 3-D-printade perovskitskikt på ett grafensubstrat. Tanken är att i en enhet, perovskiten fungerar som fotondetektor och elektronurladdning medan grafenen förstärker den utgående elektriska signalen.
Forskargruppen använde metylammonium blyjodid perovskit (MAPbI3), som nyligen har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess fascinerande optoelektroniska egenskaper, som passar bra med dess låga tillverkningskostnad. "Denna perovskit har tunga atomer, som ger ett högt spridningstvärsnitt för fotoner, och gör detta material till en perfekt kandidat för röntgendetektion, säger Endre Horváth, forskargruppens kemist.
Resultaten var fantastiska. Metoden producerade röntgendetektorer med rekordkänslighet och en fyrfaldig förbättring av de bästa medicinska bildapparaterna i klassen.
"Genom att använda fotovoltaiska perovskiter med grafen, reaktionen på röntgenstrålar har ökat enormt, " säger Forró. "Detta betyder att om vi skulle använda dessa moduler i röntgenbilder, den nödvändiga röntgendosen för att bilda en bild kan minskas med mer än tusen gånger, minskar hälsorisken av denna högenergiska joniserande strålning för människor."
En annan fördel med perovskit-grafen-detektorn är att det är enkelt att skapa bilder med den. "Det behövs inte sofistikerade fotomultiplikatorer eller komplex elektronik, ", säger Forró. "Detta kan vara en verklig fördel för utvecklingsländerna."
Studien publiceras i ACS Nano .
