Napravljena prva „perovskitna kamera“ koja može da vidi unutrašnjost ljudskog tela

Lekari se oslanjaju na skeniranja nuklearne medicine kako bi posmatrali rad srca, pratili protok krvi i otkrili bolesti skrivene duboko u telu. Ali, današnji skeneri zavise od skupih detektora koje je teško napraviti

Prva „perovskitna kamera“ koja može da vidi unutrašnjost ljudskog tela napravili su naučnici predvođeni istraživačima sa Northwestern University i Soochow University u Kini. Lekari se oslanjaju na skeniranja nuklearne medicine, poput SPEKT skeniranja, kako bi posmatrali rad srca, pratili protok krvi i otkrili bolesti skrivene duboko u telu. Ali, današnji skeneri zavise od skupih detektora koje je teško napraviti.

„Perovskitna kamera“ proizvedi vrstu oštrih, pouzdanih slika koje su lekarima potrebne da bi pružili najbolju negu

Preporučujemo

Naučnici su sada napravili prvi detektor na bazi perovskita (vrste minerala) koji može da uhvati pojedinačne gama zrake za SPEKT snimanje sa rekordnom preciznošću. Novi alat bi mogao da obavi uobičajene tipove snimanja nuklearne medicine oštrijim, bržim, jeftinijim i bezbednijim. Za pacijente, to bi moglo da znači kraće vreme skeniranja, jasnije rezultate i niže doze zračenja. Studija je objavljena u časopisu Nature Communications.

- Perovskiti su porodica kristala najpoznatijih po transformaciji oblasti solarne energije. Sada su spremni da urade isto za nuklearnu medicinu. Ovo je prvi jasan dokaz da perovskitni detektori mogu da proizvedu vrstu oštrih, pouzdanih slika koje su lekarima potrebne da bi pružili najbolju negu svojim pacijentima - objasnio je glavni autor studije Mercouri Kanatzidis sa Northwestern University. 

- Naš pristup ne samo da poboljšava performanse detektora, već bi mogao i da smanji troškove. To znači da bi više bolnica i klinika na kraju moglo da ima pristup najboljim tehnologijama snimanja - istakao je koautor Yihui He, profesor sa Soochow University.

Današnji detektori imaju nekoliko nedostataka

Nuklearna medicina, poput SPEKT (jednofotonska emisiona računarska tomografija), funkcioniše kao nevidljiva kamera. Lekari implantiraju mali, bezbedan, kratkotrajni radiotraser u određeni deo pacijentovog tela. Traser emituje gama zrake, koji prolaze kroz tkiva i na kraju udaraju u detektor van tela. Svaki gama zrak je poput piksela svetlosti. Nakon sakupljanja miliona ovih piksela, računari mogu da konstruišu 3D sliku radnih organa.

Današnji detektori, koji su napravljeni ili od kadmijum cink telurida (CZT) ili natrijum jodida (NaI), imaju nekoliko nedostataka. CZT detektori su neverovatno skupi, ponekad dostižući raspon cena od stotina hiljada do miliona dolara za celu kameru. S obzirom na to da su CZT kristali krhki i skloni pucanju, ove detektore je takođe teško proizvesti. Iako su jeftiniji od CZT detektora, NaI detektori su glomazni i proizvode zamućenije slike - poput fotografisanja kroz zamagljen prozor.

Monokristali perovskita pouzdano detektuju gama i X-zrake

Kako bi prevazišli ove probleme, naučnici su se okrenuli perovskitnim kristalima, materijalu koji Kanatzidis proučava više od decenije. Godine 2012, njegova grupa je napravila prve solarne ćelije sa čvrstim filmom napravljene od perovskita. Zatim, 2013. godine, Kanatzidis je otkrio da su monokristali perovskita veoma perspektivni za detekciju X-zraka i gama zraka. Ovaj proboj, omogućen rastom visokokvalitetnih monokristala njegove grupe, pokrenuo je svetski talas istraživanja i efikasno pokrenuo novo polje u materijalima za detekciju tvrdog zračenja.

- Ovaj rad pokazuje koliko daleko možemo da pomerimo perovskitne detektore van laboratorije. Kada smo 2013. godine prvi put otkrili da monokristali perovskita mogu da detektuju X-zrake i gama zrake, mogli smo samo da zamislimo njihov potencijal. Sada pokazujemo da detektori zasnovani na perovskitu mogu da pruže rezoluciju i osetljivost potrebnu za zahtevne primene poput snimanja u nuklearnoj medicini. Uzbudljivo je videti kako se ova tehnologija približava uticaju u stvarnom svetu - smatra autor studije Kanatzidis.

Detektori kao što je perovskitna kamera mogu da postignu rekordne energetske rezolucije i neviđene performanse snimanja

Na osnovu ovoga, Kanatzidis i He su pratili rast kristala, inženjering površine i dizajn uređaja za novu studiju. Pažljivim uzgojem i oblikovanjem ovih kristala, istraživači su stvorili pikselizovani senzor – baš kao pikseli u kameri pametnog telefona – koji pruža rekordnu jasnoću i stabilnost.

Vodeći dizajn i razvoj prototipa detektora gama zraka, profesor He je razvio pikselizovanu arhitekturu kamere, optimizovao elektroniku za višekanalno očitavanje i sproveo eksperimente snimanja visoke rezolucije koji su potvrdili mogućnosti uređaja. On, Kanatzidis i njihov tim pokazali su da detektori na bazi perovskita mogu da postignu rekordne energetske rezolucije i neviđene performanse snimanja jednog fotona, otvarajući put praktičnoj integraciji u sisteme za snimanje nuklearne medicine sledeće generacije.