Cientistas na Austrália usaram nanofolhas de monossulfeto de estanho (SnS) para criar o detector de raios-X mais fino já feito, potencialmente permitindo imagens em tempo real da biologia celular.
Os detectores de raios X são ferramentas que permitem que a energia transportada pela radiação seja reconhecida visualmente ou eletronicamente, como imagens médicas ou contadores Geiger.

O SnS já se mostrou muito promissor como material para uso em energia fotovoltaica, transistores de efeito de campo e catálise.

Agora, membros do ARC Center of Excellence in Exciton Science, com sede na Monash University e na RMIT University, mostraram que as nanofolhas SnS também são excelentes candidatas para uso como detectores de raios-X macios.

Sua pesquisa, publicada na revista Advanced Functional Materials , indica que as nanofolhas de SnS possuem altos coeficientes de absorção de fótons, permitindo que sejam usadas na fabricação de detectores de raios X macios ultrafinos com alta sensibilidade e tempo de resposta rápido.

Esses materiais foram considerados ainda mais sensíveis do que outro candidato emergente (perovskitas de iodetos metálicos), apresentando um tempo de resposta mais rápido do que os detectores estabelecidos e são ajustáveis ​​para sensibilidade em toda a região de raios-X suaves.

Os detectores de raios-X SnS criados pela equipe têm menos de 10 nanômetros de espessura. Para colocar as coisas em perspectiva, uma folha de papel tem cerca de 100.000 nanômetros de espessura, e suas unhas crescem cerca de um nanômetro a cada segundo. Anteriormente, os detectores de raios-X mais finos criados tinham entre 20 e 50 nanômetros.

Ainda há um trabalho considerável para explorar todo o potencial dos detectores de raios-X SnS, mas o professor Jacek Jasieniak, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Monash, autor sênior do artigo, acredita que é possível que um dia isso leve a imagens em tempo real de processos celulares.

"As nanofolhas SnS respondem muito rapidamente, em milissegundos", disse ele.

"Você pode escanear algo e obter uma imagem quase instantaneamente. O tempo de detecção determina a resolução do tempo. Em princípio, dada a alta sensibilidade e a alta resolução do tempo, você pode ver as coisas em tempo real.

"Você pode usar isso para ver as células enquanto elas interagem. Você não está apenas produzindo uma imagem estática, você pode ver proteínas e células evoluindo e se movendo usando raios-X".

Por que esses detectores sensíveis e responsivos são importantes? Os raios X podem ser amplamente divididos em dois tipos:Os raios X "duras" são o tipo usado pelos hospitais para escanear o corpo em busca de ossos quebrados e outras doenças.

Talvez menos conhecidos, mas igualmente importantes, são os raios X "moles", que têm uma energia de fótons mais baixa e podem ser usados ​​para estudar proteínas úmidas e células vivas, um componente crucial da biologia celular.

Algumas dessas medições ocorrem na "janela da água", uma região do espectro eletromagnético na qual a água é transparente aos raios X suaves.

A detecção de raios X suaves pode ser realizada usando um Synchrotron, um acelerador de partículas como o Large Hadron Collider na Suíça, mas o acesso a esse tipo de infraestrutura extremamente cara é difícil de garantir.

Avanços recentes em fontes de laser de raios X suaves não síncrotron podem permitir que sistemas de detecção portáteis de menor custo sejam projetados, fornecendo uma alternativa acessível aos síncrotrons para pesquisadores de todo o mundo.

Mas para que essa abordagem funcione, precisaremos de materiais detectores de raios X macios que sejam altamente sensíveis a raios X de baixa energia, forneçam excelente resolução espacial e sejam econômicos.

Alguns detectores de raios X moles existentes usam um mecanismo indireto, no qual a radiação ionizante é convertida em fótons visíveis. Essa abordagem permite que várias faixas de energia e taxas de quadros sejam estudadas, mas é difícil de preparar e oferece resoluções limitadas.

Os métodos de detecção direta são mais fáceis de preparar e oferecem melhores resoluções, pois o material do detector pode ser mais fino do que as abordagens indiretas.

Bons materiais candidatos precisam de um alto coeficiente de absorção de raios X, que é calculado usando o número atômico dos átomos absorventes, energia incidente de raios X, densidade e massa atômica de um átomo.

Alta massa atômica e raios-X de baixa energia favorecem a alta absorção, e os raios-X moles são mais fortemente absorvidos em materiais finos em comparação com os raios-X duros.

Filmes de nanocristais e flocos ferromagnéticos mostraram-se promissores como certos tipos de detectores de raios X macios, mas não estão bem equipados para lidar com a região da água.

É aí que entram as nanofolhas SnS.

Um dos principais autores, Dr. Nasir Mahmood da RMIT University, disse que a sensibilidade e a eficiência das nanofolhas de SnS dependem muito de sua espessura e dimensões laterais, que não são possíveis de controlar pelos métodos tradicionais de fabricação.

O uso de um método de esfoliação à base de metal líquido permitiu que os pesquisadores produzissem folhas de grande área e alta qualidade com espessura controlada, que podem detectar com eficiência fótons de raios X macios na região da água. Sua sensibilidade pode ser aprimorada ainda mais por um processo de empilhamento das camadas ultrafinas.

Eles representam grandes melhorias na sensibilidade e no tempo de resposta em comparação com os detectores de raios-X suaves diretos existentes.

Os pesquisadores esperam que suas descobertas abram novos caminhos para o desenvolvimento de detectores de raios-X altamente sensíveis de próxima geração baseados em materiais ultrafinos.

O primeiro autor Dr. Babar Shabbir do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Monash disse:"A longo prazo, para comercializar isso, precisamos testar um dispositivo de muitos pixels. nos fornece uma plataforma de conhecimento e um protótipo." + Explorar mais

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