Met behulp van een klein apparaatje dat bekend staat als een optische antenne, onderzoekers hebben een röntgensensor gemaakt die is geïntegreerd op het uiteinde van een optische vezel met een diameter van slechts enkele tientallen microns. Door röntgenstraling op een extreem kleine ruimtelijke schaal te detecteren, de sensor kan worden gecombineerd met röntgentechnologieën om zeer nauwkeurige medische beeldvorming en therapeutische toepassingen mogelijk te maken.

"We willen deze technologie ontwikkelen zodat ze gebruikt kan worden in radiotherapie, bijvoorbeeld, " zei Thierry Grosjean, van FEMTO-ST Instituut, Het Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek, Frankrijk. "Specifiek, de sensor kan een realtime meting mogelijk maken van hoeveel straling via endoscopie aan een tumor wordt afgegeven."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , de onderzoekers demonstreren hun nieuwe röntgensensor met behulp van röntgenstraling met lage energie. Ze zeggen dat hetzelfde principe zou moeten werken met de hoogenergetische röntgenstralen die worden gebruikt voor medische toepassingen zoals beeldvorming en radiotherapie.

Licht regelen

Zoals veel van de hedendaagse röntgentoepassingen, de nieuwe sensor maakt gebruik van indirecte detectie. In plaats van rechtstreeks röntgenstralen waar te nemen, deze methode maakt gebruik van een speciale detector, een scintillator genaamd, die de röntgenstralen absorbeert en vervolgens licht uitzendt dat wordt gedetecteerd door een optische camera.

Het realiseren van indirecte röntgendetectie op kleine schaal is een uitdaging omdat scintillatoren fotonen in alle richtingen uitzenden. Scintillatoren verkleinen tot een heel klein formaat betekent dat ze heel weinig fotonen zullen uitzenden, waardoor het voor de camera bijna onmogelijk is om genoeg fotonen onder precies de juiste hoek te vangen. De onderzoekers wendden zich tot optische antennes om deze uitdaging aan te gaan.

Omdat optische antennes zijn gebruikt om de lichtemissie van fluorescerende moleculen te regelen, de onderzoekers dachten dat ze ook het licht van scintillatoren zouden kunnen beheersen. "Een optische antenne werkt net als een radiofrequentie-antenne, het aanbieden van een manier om een ​​zender te verbinden met vrije ruimte, " zei Grosjean. "We hebben aangetoond dat ze kunnen worden gebruikt om de richting van de emissie van scintillatoren te regelen."

De sensor fabriceren

Om de röntgensensor te maken, de onderzoekers gebruikten een optische antenne om een ​​single-mode optische vezel te verbinden met een klein cluster van scintillatoren. Ze fabriceerden de optische antenne, slechts een paar micron breed, op het uiteinde van de vezel en het scintillatorcluster aan zijn uiteinde geënt. Licht dat door de scintillatoren wordt uitgezonden, raakt de antenne en wordt in de vezel gericht, waar het naar een externe optische detector reist. Deze opstelling houdt de elektronica weg van de röntgenstralen, die elektronica beschermt tegen schade na herhaald gebruik.

Hoewel de fabricage van de röntgensensor een cleanroomfaciliteit vereiste, de onderzoekers zeiden dat het geen moeilijk of duur proces was. Ze werken momenteel aan procedures die het misschien nog makkelijker maken om de scintillatoren op de fiberantenne te enten.

Uit hun experimenten, de onderzoekers schatten dat de sensor een ruimtelijke resolutie heeft in de orde van 1 micron, die ze proberen te vergroten tot ongeveer 100 nanometer. Deze verbeterde resolutie zou het apparaat in staat stellen om chemische componenten in composietmaterialen te onderscheiden door de vezeltip te gebruiken om röntgenscanmicroscopie met lage energie uit te voeren.

Naast het uitbreiden van de technologie om te werken met de hoogenergetische röntgenstralen die nodig zijn voor medische toepassingen, de onderzoekers onderzoeken ook of optische antennes snellere röntgendetectoren mogelijk kunnen maken. Aangezien is aangetoond dat de apparaten de tijd tussen lichtabsorptie en lichtemissie in fluorescentieprocessen verkorten, de antennes kunnen ook de tijd tussen röntgenabsorptie en lichtemissie binnen scintillatoren verkorten - waardoor een snellere manier wordt gecreëerd om röntgenstralen te detecteren.