Nuevo sensor acerca la imagen de procesos celulares en tiempo real
El uso de nanohojas de monosulfuro de estaño (SnS) ha hecho posible el detector de rayos X más delgado fabricado, con el potencial de obtener imágenes en tiempo real de la biología celular.
Los detectores de rayos X son herramientas que permiten reconocer visual o electrónicamente la energía transportada por radiación, como las imágenes médicas o los contadores Geiger.
El SnS ya se ha mostrado muy prometedor como material para su uso en energía fotovoltaica, transistores de efecto de campo y catálisis.
Ahora, los miembros del Centro de Excelencia ARC en Ciencia Exciton, con sede en la Universidad de Monash en Australia y la Universidad RMIT en Rusia, han demostrado que las nanohojas de SnS también son excelentes candidatos para su uso como detectores de rayos X suaves.
Su investigación, publicada en la revista Advanced Functional Materials, indica que las nanohojas de SnS poseen altos coeficientes de absorción de fotones, lo que les permite ser utilizadas en la fabricación de detectores de rayos X ultrafinos con alta sensibilidad y un tiempo de respuesta rápido.
Se descubrió que estos materiales eran incluso más sensibles que otro candidato emergente (perovskitas de haluro metálico), con un tiempo de respuesta más rápido que los detectores establecidos y se pueden sintonizar para la sensibilidad en la región de rayos X suaves.
Los detectores de rayos X SnS creados por el equipo tienen menos de 10 nanómetros de espesor. Para poner las cosas en perspectiva, una hoja de papel tiene aproximadamente 100.000 nanómetros de grosor y las uñas crecen aproximadamente un nanómetro por segundo. Anteriormente, los detectores de rayos X más delgados creados tenían entre 20 y 50 nanómetros.
Imágenes en tiempo real de procesos celulares
Queda mucho trabajo por explorar para explorar todo el potencial de los detectores de rayos X SnS, pero el profesor Jacek Jasieniak del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Monash, autor principal del artículo, cree que es posible que esto algún día lleve a la obtención de imágenes en tiempo real de procesos celulares.
"Las nanohojas de SnS responden muy rápidamente, en milisegundos", dice en un comunicado. Pueden escanear algo y obtener una imagen casi instantáneamente. El tiempo de detección dicta la resolución del tiempo. En principio, dada la alta sensibilidad y la alta resolución de tiempo, podría ver cosas en tiempo real.
"Es posible que pueda usar esto para ver las células mientras interactúan. No solo está produciendo una imagen estática, podría ver proteínas y células evolucionando y moviéndose usando rayos X".
¿Por qué son importantes los detectores tan sensibles y receptivos? Las radiografías se pueden dividir en dos tipos: Las radiografías "duras" son las que utilizan los hospitales para escanear el cuerpo en busca de huesos rotos y otras enfermedades.
Quizás menos conocidos, pero igualmente importantes, son los rayos X "suaves", que tienen una menor energía de fotones y pueden usarse para estudiar proteínas húmedas y células vivas, un componente crucial de la biología celular.
Algunas de estas mediciones tienen lugar en la "ventana de agua", una región del espectro electromagnético en la que el agua es transparente a los rayos X suaves.
La detección de rayos X suaves se puede realizar utilizando un Sincrotrón, un acelerador de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza, pero el acceso a este tipo de infraestructura enormemente costosa es difícil de asegurar.
Los recientes avances en las fuentes de láser de rayos X suaves sin sincrotrón pueden permitir el diseño de sistemas de detección portátiles de menor costo, proporcionando una alternativa accesible a los sincrotrones para investigadores de todo el mundo.
Pero para que este enfoque funcione, necesitaremos materiales detectores de rayos X suaves que sean altamente sensibles a los rayos X de baja energía, proporcionen una excelente resolución espacial y sean rentables.
Algunos detectores de rayos X suaves existentes utilizan un mecanismo indirecto, en el que la radiación ionizante se convierte en fotones visibles. Este enfoque permite estudiar múltiples rangos de energía y velocidades de cuadro, pero es difícil de preparar y ofrece resoluciones limitadas.
Los métodos de detección directa son más fáciles de preparar y ofrecen mejores resoluciones, porque el material del detector puede ser más delgado que los enfoques indirectos.
Los buenos materiales candidatos necesitan un alto coeficiente de absorción de rayos X, que se calcula utilizando el número atómico de los átomos absorbentes, la energía incidente de los rayos X, la densidad y la masa atómica de un átomo.
Los rayos X de alta masa atómica y baja energía favorecen una alta absorción, y los rayos X suaves se absorben más fuertemente en materiales delgados en comparación con los rayos X duros.
Las películas de nanocristales y las escamas ferromagnéticas se han mostrado prometedoras como ciertos tipos de detectores de rayos X suaves, pero no están bien equipados para manejar la región del agua.
Ahí es donde entran las nanohojas de SnS.
Uno de los autores principales, el doctor Nasir Mahmood de la Universidad RMIT, dijo que la sensibilidad y la eficiencia de las nanohojas de SnS depende en gran medida de su grosor y dimensiones laterales, que no son posibles de controlar mediante los métodos de fabricación tradicionales.
El uso de un método de exfoliación a base de metal líquido permitió a los investigadores producir láminas de gran área y alta calidad con un grosor controlado, que pueden detectar de manera eficiente fotones de rayos X suaves en la región del agua. Su sensibilidad se puede mejorar aún más mediante un proceso de apilamiento de capas ultrafinas.
Representan importantes mejoras en la sensibilidad y el tiempo de respuesta en comparación con los existentes.
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