Usando um pequeno dispositivo conhecido como antena óptica, pesquisadores criaram um sensor de raios-X integrado na extremidade de uma fibra óptica com apenas algumas dezenas de mícrons de diâmetro. Ao detectar raios-X em uma escala espacial extremamente pequena, o sensor pode ser combinado com tecnologias de entrega de raios-X para permitir imagens médicas de alta precisão e aplicações terapêuticas.

“Queremos desenvolver essa tecnologia para que ela possa ser usada em radioterapia, por exemplo, "disse Thierry Grosjean, do Instituto FEMTO-ST, O Centro Nacional de Pesquisa Científica, França. "Especificamente, o sensor pode permitir uma medição em tempo real de quanta radiação está sendo fornecida a um tumor por meio de endoscopia. "

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores demonstram seu novo sensor de raios-X usando raios-X de baixa energia. Eles dizem que o mesmo princípio deve funcionar com os raios-X de alta energia usados ​​para aplicações médicas, como imagens e radioterapia.

Luz de controle

Como muitas das aplicações atuais de raios-X, o novo sensor usa detecção indireta. Em vez de detectar diretamente os raios-X, este método usa um detector especial chamado cintilador, que absorve os raios X e emite luz que é detectada por uma câmera óptica.

Alcançar a detecção indireta de raios-X em pequena escala é um desafio porque os cintiladores emitem fótons em todas as direções. Reduzir os cintiladores a um tamanho muito pequeno significa que eles emitirão muito poucos fótons, tornando quase impossível para a câmera capturar fótons suficientes no ângulo certo. Os pesquisadores recorreram às antenas ópticas para ajudar nesse desafio.

Como as antenas ópticas têm sido usadas para controlar a emissão de luz de moléculas fluorescentes, os pesquisadores pensaram que também poderiam controlar a luz emitida por cintiladores. "Uma antena óptica funciona como uma antena de radiofrequência, oferecendo uma maneira de interconectar um emissor com o espaço livre, "disse Grosjean." Nós demonstramos que eles podem ser usados ​​para controlar a direcionalidade da emissão dos cintiladores. "

Fabricando o sensor

Para fazer o sensor de raios-X, os pesquisadores usaram uma antena ótica para conectar uma fibra ótica monomodo a um minúsculo aglomerado de cintiladores. Eles fabricaram a antena óptica, apenas alguns mícrons de largura, na extremidade da fibra e enxertado o cluster cintilador em sua extremidade. A luz emitida pelos cintiladores atinge a antena e é direcionada para a fibra, onde ele viaja para um detector óptico remoto. Esta configuração mantém a eletrônica longe dos raios X, que protege a eletrônica de danos após o uso repetido.

Embora a fabricação do sensor de raios-X exigisse uma instalação de sala limpa, os pesquisadores disseram que não foi um processo difícil ou caro. Eles estão trabalhando atualmente em procedimentos que podem tornar ainda mais fácil enxertar os cintiladores na antena de fibra.

A partir de seus experimentos, os pesquisadores estimaram que o sensor tem uma resolução espacial da ordem de 1 mícron, que estão trabalhando para aumentar para cerca de 100 nanômetros. Essa resolução melhorada permitiria ao dispositivo distinguir componentes químicos em materiais compostos usando a ponta de fibra para conduzir microscopia de varredura de raios-X de baixa energia.

Além de expandir a tecnologia para trabalhar com os raios-X de alta energia necessários para aplicações médicas, os pesquisadores também estão investigando se as antenas ópticas podem permitir detectores de raios-X mais rápidos. Uma vez que os dispositivos mostraram encurtar o tempo entre a absorção de luz e a emissão de luz em processos de fluorescência, as antenas também podem encurtar o tempo entre a absorção de raios-X e a emissão de luz nos cintiladores - criando assim uma maneira mais rápida de detectar os raios-X.