В аппаратной форме: ученые создали инновационный гибкий материал для рентгена

Ученые МГУ создали материал, из которого можно сделать гибкие экраны для рентгеновских аппаратов. Они используются для усиления рентгеновского излучения и сокращения времени процедуры. Технология позволяет получить изображение с лучшей детализацией и меньшей дозой облучения. Как рассказали «Известиям» специалисты, разработка перспективна для создания оборудования для диагностики в стоматологии или ортопедии, машиностроении, где требуется обследование неровных поверхностей, и создания переносных устройств для рентгенографии.

Зачем рентгену гибкий экран

Ученые факультета наук о материалах МГУ им. М. В. Ломоносова предложили новый материал на основе координационного полимера, способный эффективно преобразовывать рентгеновское излучение в видимый свет. Разработка открывает перспективы для создания гибких, стабильных и высокоразрешающих сцинтилляционных (способных излучать свет при воздействии ионизирующего излучения) экранов, востребованных в медицине и промышленности.

Как рассказали разработчики, новый материал сочетает в себе высокую эффективность фотолюминесценции (до 98,5 %), устойчивость к влаге и температурам до 300 °C, а также стабильность под воздействием высоких доз рентгеновского излучения.

Ученые использовали доступные вещества иодид меди(I) и уротропин — для получения наночастиц сцинтиллятора, которые затем внедряли в гибкую полимерную матрицу из этиленвинилацетата (легкий, эластичный и гибкий материал, который широко используется в производстве различных изделий). Полученные композитные экраны продемонстрировали высокую яркость рентгенолюминесценции и высокое разрешение, превосходя характеристики большинства коммерческих аналогов, рассказали в МГУ.

— Наш материал демонстрирует сочетание уникальных свойств — высокой светимости, механической гибкости и устойчивости к влаге и жесткому излучению, — что делает его универсальным решением для задач рентгеновской визуализации, — отметил один из авторов работы Сергей Фатеев.

Созданные на основе нового материала экраны позволяют получать четкие изображения мелких объектов и деталей, при этом оставаясь прочными и легкими. По мнению ученых, они могут использоваться в качестве гибких сцинтилляторов для задач рентгеновской визуализации.

— Для нас было важно создать не просто эффективный сцинтиллятор, а материал, который можно масштабно производить и интегрировать в гибкие устройства без потери рабочих характеристик, — подчеркнул заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики ФНМ МГУ, в которой проводилось исследование, Алексей Тарасов.

Перспективы нового материала

Гибкие рентгеновские экраны особенно актуальны в медицине, где они позволяют точно оборачивать датчики вокруг тела пациента — это особенно важно при визуализации суставов, грудной клетки, головы и других анатомически сложных зон, рассказал руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.

— Такой контакт улучшает качество изображения, снижает артефакты и может уменьшить необходимую дозу излучения. В мире ведутся аналогичные разработки, но многие материалы, например квантовые точки или органические сцинтилляторы, нестабильны к влаге, температуре или рентгеновскому излучению. Новизна подхода МГУ — в создании материала с высокой яркостью, гибкостью и термостойкостью, что открывает перспективу для более безопасной и точной диагностики в клинической практике, — сказал специалист «Известиям».

В отличие от традиционных жестких экранов новый материал на основе координационного полимера обладает механической гибкостью. Это позволяет использовать его в устройствах с нестандартной геометрией — например, для обследования изогнутых поверхностей, отметил гендиректор группы компаний ST IT, эксперт рынка TechNet НТИ Антон Аверьянов.

— Даже повышенное КПД преобразования излучения до 98,5% уже превосходит многие коммерческие аналоги, что дает дополнительное преимущество материалу — это обеспечивает четкое изображение мелких деталей. Гибкость же дает возможность адаптировать материал к сложным формам тела, улучшая качество диагностики в стоматологии или ортопедии, да даже в машиностроении, где требуется обследование неровных поверхностей. Также благодаря им можно попробовать создать компактные и, возможно, даже переносные устройства для рентгенографии, — добавил эксперт.

Регистрация рентгеновского излучения используется в медицинской диагностике (флюорография и другие процедуры), дефектоскопии продукции в производственном контроле (лопатки турбин), приборах для изучения космоса, для мониторинга на АЭС и в других отраслях, пояснил директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Евгений Александров.

— Детектирование с использованием сцинтилляционных материалов помогает визуализировать рентгеновское излучение с более низкой стоимостью, быстрым откликом, хорошей разрешающей способностью. Для внедрения новых материалов необходимо преодолеть сложности с постоянством качества и стабильностью материалов, — отметил он.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.