Sinds Wilhelm Röntgen ze in 1895 ontdekte, Röntgenfoto's zijn een hoofdbestanddeel van medische beeldvorming geworden. In feite, amper een maand nadat Röntgens beroemde paper werd gepubliceerd, doktoren in Connecticut maakten de allereerste röntgenfoto van de gebroken pols van een jongen.

Sindsdien is er veel vooruitgang geboekt. Afgezien van röntgenfoto's, die de meeste mensen minstens één keer in hun leven hebben genomen, het medische gebruik van röntgenfoto's van tegenwoordig omvat fluoroscopie, radiotherapie voor kanker, en computertomografie (CT), die meerdere röntgenscans van het lichaam vanuit verschillende hoeken maakt en ze vervolgens in een computer combineert om virtuele "plakjes" van een lichaam in dwarsdoorsnede te genereren.

Niettemin, medische beeldvorming werkt vaak bij omstandigheden met lage blootstelling, en vereist daarom kosteneffectieve, detectoren met een hoge resolutie die kunnen werken bij wat een "lage fotonflux" wordt genoemd. Fotonflux beschrijft eenvoudig hoeveel fotonen de detector op een bepaald moment raken en bepaalt het aantal elektronen dat op zijn beurt wordt gegenereerd.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers onder leiding van László Forró van de School of Basic Sciences hebben precies zo'n apparaateenheid ontwikkeld. Door gebruik te maken van 3D-aërosoljetprinten, ontwikkelden ze een nieuwe methode voor het produceren van zeer efficiënte röntgendetectoren die gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd in standaard micro-elektronica om de prestaties van medische beeldvormingsapparatuur aanzienlijk te verbeteren.

De nieuwe detectoren bestaan ​​uit grafeen en perovskieten, dat zijn materialen die zijn samengesteld uit organische verbindingen die aan een metaal zijn gebonden. Ze zijn veelzijdig, gemakkelijk te synthetiseren, en lopen voorop in een breed scala aan toepassingen, ook in zonnecellen, LED lichten, lasers, en fotodetectoren.

Aerosol jetprinten is vrij nieuw, en wordt gebruikt om 3D-geprinte elektronische componenten zoals weerstanden, condensatoren, antennes, sensoren, en dunnefilmtransistors of zelfs printelektronica op een bepaald substraat, zoals het geval van een mobiele telefoon.

Met behulp van het aërosolstraaldrukapparaat bij CSEM in Neuchatel, de onderzoekers 3D-geprinte perovskietlagen op een grafeensubstraat. Het idee is dat, op een apparaat, de perovskiet fungeert als de fotondetector en elektronenontlader, terwijl het grafeen het uitgaande elektrische signaal versterkt.

Het onderzoeksteam gebruikte het methylammoniumloodjodideperovskiet (MAPbI3), die onlangs veel aandacht heeft getrokken vanwege zijn fascinerende opto-elektronische eigenschappen, die goed passen bij de lage fabricagekosten. "Deze perovskiet heeft zware atomen, die zorgen voor een hoge verstrooiingsdoorsnede voor fotonen, en maakt dit materiaal een perfecte kandidaat voor röntgendetectie, " zegt Endre Horváth, de chemicus van het onderzoeksteam.

De resultaten waren verbluffend. De methode leverde röntgendetectoren op met een recordgevoeligheid en een viervoudige verbetering ten opzichte van de beste medische beeldvormingsapparatuur.

"Door fotovoltaïsche perovskieten met grafeen te gebruiken, de respons op röntgenstraling is enorm toegenomen, ", zegt Forró. "Dit betekent dat als we deze modules zouden gebruiken in röntgenbeeldvorming, de benodigde röntgendosis voor het vormen van een afbeelding kan meer dan duizend keer worden verlaagd, het verminderen van het gezondheidsrisico van deze hoogenergetische ioniserende straling voor de mens."

Een ander voordeel van de perovskiet-grafeendetector is dat het eenvoudig is om er afbeeldingen mee te vormen. "Er zijn geen geavanceerde fotomultiplicatoren of complexe elektronica voor nodig, ", zegt Forró. "Dit kan een groot voordeel zijn voor ontwikkelingslanden."

De studie is gepubliceerd in ACS Nano .